结构嵌固端问题

结构嵌固端问题（共3篇）

结构嵌固端问题 篇1

1 高层建筑结构嵌固端的选取

高层建筑结构中, 所谓的嵌固端就是平常说的固定端, 不允许构件在此部位有任何位移。这里的位移在结构力学中是指平面x、y两个方向的位移和围绕此支座的转角;而对应的简支端 (边) 则允许有转角, 但是不能有x、y方向的位移。因此对于高层建筑结构的嵌固端, 合理选取其位置是至关重要的。围绕国内外研究人员对于嵌固端相关性的研究成果, 本文将从一个新的角度即经济性的方向去研究分析, 并且从改变地下室层高与混凝土强度等级的方向去研究对于嵌固端的影响。

国家现行各种规范对于地下室嵌固端进行了相关的规定与要求, 这对高层建筑的地下室结构设计起到了规范与指导作用。国家规范的规定如下:

《高层建筑混凝土结构技术规程》 (JGJ 3-2010) 中第5.3.7条高层结构整体计算中, 当地下室顶板作为嵌固端的时候, 地下一层与上一层的侧向刚度之比不宜小于2。

《建筑抗震设计规范》 (GB 50011-2010) 中第6.1.14条:

地下室顶板应避免开设大的洞口;地下室在地上结构相关范围的顶板应采用现浇梁板结构, 相关范围以外的地下室顶板宜采用现浇梁板结构;楼板厚度不宜小于180mm, 混凝土的强度等级不宜小于C30, 应该采用双层双向配筋, 而且每层的每个方向的配筋率不宜小于0.25%。

2 地下室嵌固端相关经济性分析

当采取多塔结构, 对于高层建筑结构中的单层地下室, 若改变地下室嵌固端位置则相对于顶板而言则会产生不同的影响。根据第一章相关规范介绍就是嵌固端选取为地下室顶板处时的构造要求。当嵌固端选取在地下室地板时, 《高层建筑混凝土结构技术规程》 (JGJ 3-2010) 中第10.6.2条规定多塔结构以及体型收进、悬挑结构, 竖向体型突变部位的楼板宜加强, 楼板厚度不宜小于150mm, 宜双层双向配筋, 每层每方向钢筋网的配筋率不宜小于0.25%。体型突变部位上、下层结构的楼板也应加强构造措施。并借鉴《建筑抗震设计规范》 (GB50011-2010) 第14.3.2条。

从上述构造要求来看, 改变嵌固端位置后, 顶板处的构造发生改变。当嵌固端选取在底板时, 顶板处的构造相对于嵌固端在顶板处时要适当降低。其中, 顶板板厚相对降低, 同时为了不用满足侧向刚度这个指标, 我们就可以不用调整地下室部分的相关混凝土构件去满足要求。因此, 就顶板处所受到的荷载情况与配筋情况分析, 我们可以得到当地下室嵌固端选取在地下室底板时较与设置在地下室顶板处比较为经济合理。

3 地下室层高改变后对于嵌固端的相关影响

在现今的高层建筑结构设计中, 相关设计人员在设置地下室顶板为地下嵌固端位置时, 为了满足国家规范对于嵌固端的相关要求, 特别是我们必须满足侧向刚度这个十分重要的指标。为了达到侧向刚度的相关要求, 设计人员都会在地下室设计时采用各种措施去调整模型 (加大钢筋混凝土构件的尺寸、厚度, 或者加大剪力墙数量、厚度) 。因此, 从这些情况出发, 本章将考虑在地下室嵌固端选取为地下室顶板时的前提之下, 分析改变地下室层高对于侧向刚度的相关影响结果, 从较经济、方便的角度去考虑可以很好改变侧向刚度的影响因素。

本章希望通过建立模型去分析效果, 模型大致为建立PKPM模型, 通过设置地下室层高为5.000m与4.500m这两种不同情况去计算分析。通过相关研究分析, 模型建立计算之后, 我们得知改变地下室层高后对于侧向刚度的影响较大。地下室层高减小后, 地下室与地下室以上一层的侧向刚度比值增大。

4 地下室混凝土强度等级改变后对于嵌固端的相关影响

在高层建筑结构设计当中, 设计嵌固端有关侧向刚度的问题时, 设计人员有时可能会觉得加大混凝土强度等级会造成地下室所在层的刚度增大。因此, 就认为可以满足国家规范对于侧向刚度比的相关要求。本章将从加强地下室所在层混凝土强度等级是否对嵌固端的侧向刚度产生影响的角度出发, 通过设计与建立模型, 利用软件PKPM去计算分析改变了混凝强度等级后对于侧向刚度的相关影响。

我们利用起软件PKPM建立起一个单层地下室模型, 变化就在改变了计算时的混凝土强度等级。本章的模型中, 地下室所在层塔楼部分的各种构件所采用的混凝土强度等级为C40, 模型建立时改变混凝土强度等级为C45。

结合本节对于侧向刚度比的相关计算结果对比, 我们可以观察到改变地下室所在层混凝土强度等级改变后对于侧向刚度这个指标的影响, 相对来说影响甚微。

5 结语

在高层建筑结构设计中, 必须注意嵌固端的选取, 这样才可以更真实、准确的得出工程的计算结果。同时, 我们也必须从嵌固端相关影响因素与经济性出发来更好的选取嵌固端位置。我们也同样得知了通过改变地下室层高与地下室混凝土强度等级的作用和效果。因此, 对于以后嵌固端的侧向刚度问题, 我们有了其他的有效措施去调整。

摘要：地下室现今越来越多的出现在高层建筑结构当中, 对于地下室而言, 嵌固端位置的选取至关重要。因此, 对于嵌固端相关性研究被日益重视起来。本文将从经济性角度去进行相关研究, 并且分析改变地下室层高与混凝土强度等级对嵌固端的影响结果。

关键词：高层建筑,嵌固端,地下室,层高

参考文献

[1]郭刚.高层建筑结构嵌固端选取应考虑的核心因素分析[J].科技视界, 2013 (03) :56, 70.

[2]姬彩军.高层建筑结构嵌固端的选取及相关技术问题的探讨[J].科技致富向导, 2013 (20) :268.

[3]孙剑亮, 姜珊.高层建筑地下室顶板嵌固的设计探讨[J].城市建设理论研究 (电子版) , 2013 (04) .

[4]朱华冬, 姜百惠.高层建筑中嵌固端的位置选择[J].现代营销, 2011 (08) :290-291.

[5]陈振.关于高层建筑结构设计中地下室嵌固作用的思考[J].建筑, 2011 (18) :64-65.

结构嵌固端问题 篇2

关键词：嵌固端,侧向刚度,基础埋深

一、引言

高层高层建筑在进行结构计算之前必须首先确定结构嵌固端的位置,而其位置的确定面临着各种不同情况。根据不同情况正确选取其结构嵌固端,是高层建筑结构计算模式中的一个重要假定,它不仅关系到结构中某些构件内力分配的准确性,而且还影响结构产生侧移的真实性,以及结构局部的经济性,因此有必要对结构嵌固端的选取作进一步探讨。

二、嵌固端的定义

若按计算模型而言,是指除能承受轴力(N)、弯矩(M)、剪力(V)之外,U(X方向水平位移)、V (Y方向水平位移)、ω(竖向位移)、θ(转角位移)均为零的部位,若按在地震作用下的屈服机制而言,就是预期塑性铰出现的部位。确定嵌固端就是通过刚度和承载力调整,迫使塑性铰在该预期部位出现,并能承担上部结构在该处屈服超强引起的极限弯矩和出现塑性铰时的最大剪力以及相应的最大最小的轴向力。

三、结构嵌固端的条件

高层高层建筑的结构嵌固端通常是选择在地面标高处,但地面标高处要真正成为结构嵌固端是有条件的,而且在输入首层计算高度时还有许多讲究。

1、设有地下室时的条件

(1)地下室顶板标高与室外地坪的高差不能太大,极端的情况如半地下室则首层楼面一般不能成为结构嵌固端,除非其高差仅为1-3级台阶高度时才可能考虑;

(2)地下室顶板结构应为梁板体系(即不可设计成无梁楼盖),且该层楼面不得留有大孔洞,楼面框架梁的抗弯刚度要足够大,楼板也要有相当厚度;

(3)地下室侧壁要有良好的侧限,即必须与“地球”有良好的接壤。

对于上述条件中对地下室顶标高框架梁的要求,假设满足《抗震规范》第6.1.14条“位于地下室的梁柱节点左右梁端截面实际受弯承载力之和不宜小于上下柱端实际受弯承载力之和”的要求,对于高层建筑来说,由于首层处的柱截面往往远大于框架梁截面,故即使有意增大框架梁截面并增加抗弯钢筋用量,上述要求仍很难满足。就此要求而言,则只有多层或小高层建筑才有可能以地下室顶板作为结构的嵌固端,而真正意义的高层建筑则完全排除了这种可能性。

2、不设地下室时的条件

高层建筑不设地下室通常是针对层数有限的小高层,或其基础持力层较浅的情况,但从抗震角度考虑是不宜提倡的。

(1)不管是采用天然地基基础或桩基础,都是以基础(承台)面作为结构嵌固端,且必须在该标高处的纵横方向设置刚度较大的基础梁加以连结,故首层层高应从基础面算起;

(2)若基础(承台)面标高与首层标高有一定距离而不设基础梁连结或其刚度过小,则地面标高处应设有刚性地面来作为结构嵌固端,首层层高可从地面层算起。若不设刚性地面,则上部结构无从形成嵌固端,也即结构计算简图不成立,设计上显然是不允许的。

以上列举的条件无非是说明要成为上部结构的嵌固端,其下部结构必须具有足够的刚度以保证柱根之间不产生相对位移,且能承受或平衡柱根弯矩。规范中规定“当地下室顶板作为上部结构嵌固部位时,地下室结构的楼层侧向刚度不应小于相邻上部结构楼层侧向刚度的二倍”正是基于这一考虑。

四、高层建筑的基础埋深

在研究探讨高层建筑的结构嵌固端时,必然牵涉到其基础埋深问题,高层建筑基础要具有一定的埋置深度,首先是为了保证结构的整体稳定(包括抗滑),其次有利于减弱地震反应。规范对高层建筑的基础埋深有一量化规定,即“天然地基或复合地基基础,可取H/15,桩基础可取H/18”,但这一规定仅与建筑物的总高H有关,而与其它因素无关。但我们在认真思考后发现基础埋深除了与建筑物总高H有关外,还应与控制高层建筑体型重要指标的高宽比风心有关。如两栋建筑物的高度量相同,但其高宽比H/B分别为5.0和2.5,显然H/B值较小者整体稳定性更高。若采用相同的基础形式,基础埋深对H/B较大者应偏于严格,而对H/B较小者则可略为放松,不宜作相同处理甚至反其道而行之,否则就违背了基础需一定埋深的原则。除了高宽比H/B外,基础埋深还应与高层建筑的裙房底座宽度、地下室底盘宽度等因素有关,对地下室面积仅为塔楼投影面积者应偏于严格,相反对没有裙房或地下室面积大于塔楼投影面积者则可略为放松。

五、结束语

结构嵌固端问题 篇3

砌体结构是工程中使用最广泛的一种结构形式。据不完全统计, 砌体结构在我国住宅建筑中的比例高达80%, 在整个建筑业中的比例约占60%~70%。近年来, 随着城市人口的不断增加, 对多层砌体结构住宅的需求也与日俱增。因此, 地震区多层砌体结构房屋的抗震设计具有十分重要的意义。

根据地震灾害调查, 多层砌体房屋的抗震能力与房屋的总高度和层数有直接关系, 房屋的破坏程度随着高度的增大和层数的增加而加重, 其倒塌率与房屋的高度与房屋的层数成正比, 因此限制多层砌体房屋的高度和层数是减轻地震灾害的经济而有效的措施。建筑抗震设计规范对多层砌体房屋的层数和总高度进行了明确限制, 并解释了房屋的总高度指室外地面到主要屋面板板顶或檐口的高度, 半地下室从地下室室内地面算起, 全地下室和嵌固条件的半地下室应允许从室外地面算起;对带阁楼的坡屋面应算到山尖墙的50%高度处。

抗震设计结构计算简图底部嵌固位置的确定:

1 无地下室, 基础埋置较浅时底部嵌固端位置为基础顶面;

基础埋置较深时底部嵌固端位置为室外地坪下0.5m处。

此条规定已被广大设计人员所熟悉和掌握。

2 整体刚度很大的全地下室及嵌固条件好的半地下室, 底部嵌固端位置为地下室顶板顶部。

此条规定中强调了“整体刚度很大的全地下室及嵌固条件好的半地下室”, 对于全地下室:“整体刚度很大”和半地下室“嵌固条件好”只是给出了概念的要求, 并没有对量上进行限制要求, 多以广大设计人员中就很难把握这个度。何为整体刚度很大, 何为整体刚度不大, 何为嵌固条件较好, 何为嵌固条件不好, 难免在设计过程中产生不同的做法, 嵌固影响到抗震结构措施中构造柱的设置。2003年, 新疆维吾尔自治区建设厅发布了 (实施国家2002 (建筑构造) 系列规范的细则) XJJ010~2003第四节第2条第5款C项规定:地下室顶板在室外地面以上, 不大于地下室层高的50%且在1.2m以内, 地下室外墙外侧无采光或有采光并但窗并强系由横墙延伸时的半地下室及全地下室, 当其地下室承重砌体墙厚度不下于底层厚度的1.5倍, 地下室现浇钢筋混凝土顶板厚度不小于150mm, 并采用双层双向通常配筋, 每层每个方向配筋率不小于0.25%时, 地下室顶板可作为嵌固端”此项规定很好的解决了上述“度”的问题。地下室承重砌体墙厚度不小于底层厚度的1.5倍:即地下室墙体侧移刚度是底层墙体侧移刚度的1.5倍, 150厚的现浇板满足了刚性楼盖得要求, 总体上达到了“总体刚度很大”和满足上述规定的定半地下室要求的“嵌固条件好”。近年来, 新疆部分地区在执行此项规定时对于地下室现浇钢筋混凝土顶板厚度不小于150mm, 并采用双层双向通常配筋, 每层每个方向配筋率不小于0.25%时内容也存有异议, 带有半地下室的多层砖混住宅在设计中采用的地下室现浇钢筋混凝土顶板厚度为120mm (底部框架抗震墙房屋过渡层现浇钢筋混凝土板板厚不应小于120mm) , 配筋按普通楼板钢筋。其依据为多层砖混住宅地下室承重横墙间距较小, 能够满足楼盖对传递水平地震作用所需水平刚度的要求;采用120厚现浇板也能够满足传递横向水平地震作用给横墙的水平刚度, 使之达到嵌固端的要求。

3 地下室整体刚度较小或嵌固条件不好的

半地下室, 底部嵌固端位置为地下室室内地坪处, 此时地下室顶板也算一层楼面。

当地下室层高较大, 顶板距室外地面较高 (大于1.5m或当地规定的数值) , 或有大的窗并而无窗并墙或窗并墙不与纵横墙连接, 构不成扩大基础地盘的作用, 周围的土体不能对多层砖房地下室起到约束作用, 此时房屋抗震设计计算简图中地下室应按一层考虑, 地下室顶板也算一层楼面, 嵌固端应取为地下室室内地坪处。地下室层高应计入房屋的总高度, 地下室层数也应计入房屋的总层数进行房屋抗震措施设置及房屋抗震计算。在实际工程设计中, 有些设计人员在抗震验算时计入地下室的高度和层数, 而抗震措施不计入地下室高度和层数进行设计, 这样就在抗震概念设计上不符合规范的要求, 当遭遇抗震设防下时给房屋埋下了安全隐患。

4 不符合本条第2款要求的全地下室及半地下室时, 取为室外地坪0.5m处, 或沿外墙的管沟底部。

当为全地下室或地下室顶板在室外地面以上, 不大于地下室层高的50%且在1.2m以内重砌体墙厚度不小于底层厚度的1.5倍, 地下室顶板未能满足传递横向水平地震作用给横墙的水平刚度时, 房屋抗震设计计算简图中, 嵌固端应取为室外地坪下0.5m处, 或沿外墙的管沟底部。

结束语

一般情况下, 多层砌体房屋的抗震承载力的验算采用底部剪力法, 从各楼层的水平地震作用标准值计算公式可以看出底部嵌固端位置的选取直接影响到底层水平地震作用的大小, 造成计算模型的不准确。作为设计人员应结合工程实际情况和当地有关规定准确的把握计算的真实性。以上讨论是笔者在设计工作中的一些理解, 不足之处请批评指正。

参考文献

[1]中华人民共和国国家标准, 建筑抗震设计规范[M].北京:中国建筑工业出版社, 2001.

[2]中华人民共和国国家标准, 砌体结构设计规范[M].北京:中国建筑工业出版社, 2002.

[3]新疆维吾尔自治区工程建设标准, 实施国家2002系列规范的细则.乌鲁木齐:新疆维吾尔自治区建设厅发布, 2003.

[4]李国强, 李杰, 苏小卒.建筑结构抗震设计[M].北京:中国建筑工业出版社, 2002.