嵌固端设计要点

1、2014.07.29嵌固端设计要点嵌固端设计要点这类工程随处可见，但对嵌固在哪里、怎么才算达到嵌固？大家莫衷一是，可见实际问题的复杂性。从刚度比2倍，到1.8倍，到1.5倍；从必须采用梁板结构到满足3倍刚度可采用无梁楼盖，从剪切刚度比到剪力/位移刚度比；宜设两层地下室的规定没人在意(01版抗规)，车库顶板与主楼的高差没人在意，地下室相关范围采用梁板结构的规定多有突破。无梁楼盖的楼板足够厚时，如楼板厚度不小于跨度的1/18时且不小于180mm时，可认为属于梁板结构。培训提纲培训提纲 嵌固端概念嵌固端概念 规范规定规范规定 抗震规范抗震规范(GB50011)(GB50011) 高层规范高层规范(J

2、GJ3) (JGJ3) 地基规范地基规范(GB50007)(GB50007) 筏基规范筏基规范(JGJ6)(JGJ6) 上海抗规上海抗规(DGJ08)(DGJ08) 广东高规广东高规(DBJ15)(DBJ15) 常见问题处理常见问题处理 嵌固端的选取嵌固端的选取 侧向刚度比值侧向刚度比值 相关范围无梁楼盖相关范围无梁楼盖 软件相关操作软件相关操作一、为什么要确定嵌固端一、为什么要确定嵌固端高层建筑一般都带着多层地下室，而在进行结构分析之前必须确定结高层建筑一般都带着多层地下室，而在进行结构分析之前必须确定结构的嵌固部位，该嵌固部位的正确选择是高层建筑结构计算模型的一构的嵌固部位，该嵌固部位的正

3、确选择是高层建筑结构计算模型的一个重要环节，它直接关系到结构计算模型与实际受力状态之间的符合个重要环节，它直接关系到结构计算模型与实际受力状态之间的符合程度，涉及到构件的内力和位移计算。程度，涉及到构件的内力和位移计算。按规范，嵌固端的确定涉及预计柱铰位置、加强区范围确定、弯矩剪力放大系数、地下抗震等级确定、楼板厚度和配筋确定等一系列计算和构造，如何确定对设计还是有很大影响。 嵌固端概念嵌固端概念二、力学概念二、力学概念嵌固部位从理想意义上说，指除能承受轴力、弯矩、剪力之外， XY方向水平位移、竖向位移及转角位移均为零的部位。三、工程概念三、工程概念一般的观点是，按在地震作用下的屈服机制而言，

4、嵌固部位可以认一般的观点是，按在地震作用下的屈服机制而言，嵌固部位可以认为就是预期竖向构件塑性铰出现的部位。嵌固端节点下的梁柱（板）为就是预期竖向构件塑性铰出现的部位。嵌固端节点下的梁柱（板）构件是不产生转动的，嵌固端楼层平面内更不会产生水平位移，地震构件是不产生转动的，嵌固端楼层平面内更不会产生水平位移，地震作用下结构的屈服部位将发生在嵌固端之上楼层。作用下结构的屈服部位将发生在嵌固端之上楼层。通常在设计中都假定上部结构嵌固在基础结构基础结构上，实际上这一假定只有在刚性地基刚性地基的条件下才能实现。对绝大多数都属柔性地基的地基土而言，在水平力作用下结构底部以及地基都会出现转动，因此所谓因此所

5、谓嵌固实质上是指接近于固定的计算基面嵌固实质上是指接近于固定的计算基面（JGJ9-2011）。）。嵌固端概念嵌固端概念嵌固端概念嵌固端概念四、地下室顶板为什么能做嵌固端四、地下室顶板为什么能做嵌固端有记录强震观测显示：地下室在地震中会产生整体水平位移外，还会产生一个（很小的）整体转角。这表明两个基本情况：一是地下室经过剪力墙加强后其变形呈现出与刚体变形相似的特征；其二是地下结构的转角体现了柔性地基的影响。对有抗震设防要求的高层建筑，基础结构设计中的一个重要原则是，要保证上部结构在强震作用下能实现预期的耗能机制，要求基础结构的刚度和强度大于上部结构刚度，逼使上部结构先于基础结构屈服，保证上部结构

6、进入非弹性阶段时，基础结构仍具有足够的承载力，始终能承受上部结构传来的荷载并将荷载安全传递到地基上。嵌固端概念嵌固端概念四周外墙与土层紧密接触、且具有较多纵横墙的箱形基础和带有外围挡土墙的厚筏基础其特点是刚度较大。能承受上部结构屈服超强所产生的内力。同时地震作用逼使与地下室接触的土层发生相应的变形，导致土对地下室外墙及底板产生抗力，约束了地下结构的变形，从而提高了基侧土对地下结构的阻抗和基底土对基础的转动阻抗。既然在强震作用下，四周与土层接触的具有外墙的地下室其变形与刚体变形基本一致，同时为保证上部结构在强震作用下能实现预期的耗能机制，要求基础结构的刚度和强度大于上部结构刚度，那么在抗震设计中

7、可假设地下结构为一刚体，上部结构嵌固在地下室的顶板上嵌固在地下室的顶板上，而在嵌固部位处增加一个大小与柔性地基相同的转角。嵌固端概念嵌固端概念结论：结论：地下室顶板做嵌固端是为了简化设计，历史上电算不发达，地面嵌固概念清楚，简单易算 ，现实，地下土体水平反力说易，模拟难，如模拟不准，从工程角度，还不如简化模型，地面嵌固准确实用 ，但要用地面嵌固计算，就要有前提条件：表面是地下/地上层刚度2，实则地下要有土约束，否则，2 是不靠谱的。未来：未来：一个高层，带地下室，没规范的“嵌固端”规定，我们怎样做呢？准确的做法，模型建到底板顶，含地下室的外墙，外墙外土体考虑成水平弹簧，这是一个“精确”模型，按

8、这个模型，因地下部分对地上结构有“嵌固”作用，地上的底部若干层会出现刚度突变，受力不利，应“加固”。 6.1.146.1.14地下室顶板作为上部结构的嵌固部位时，应符合下列要求：地下室顶板作为上部结构的嵌固部位时，应符合下列要求：1.1.地下室顶板应避免开设大洞口；地下室在地上结构相关范围的顶板应采用现浇应采用现浇梁板结构梁板结构，相关范围以外的地下室顶板宜宜采用现浇梁板结构；其楼板厚度不宜小于180mm180mm，混凝土强度等级不宜小于不宜小于C30C30，应采用双层双向配筋，且每层每个方向的配筋率不宜小于不宜小于0.250.25。相关范围：一般可从地上结构（主楼、有裙房时含裙房）周边外延不

9、大于相关范围：一般可从地上结构（主楼、有裙房时含裙房）周边外延不大于20m20m。规范规定规范规定GB500112.2.结构地上一层的侧向刚度，不宜大于相关范围地下一层侧向刚度的 0.50.5 倍；地下室周边宜有与其顶板相连的抗震墙。侧向刚度：剪切刚度。侧向刚度：剪切刚度。规范规定规范规定GB500113.3.地下室顶板对应于地上框架柱的梁柱节点除应满足抗震计算要求外，尚应符合下列规定之一： 1）地下一层柱截面每侧纵向钢筋不应小于地上一层柱对应纵向钢筋的 1.1 1.1 倍，且地下一层柱上端和节点左右梁端实配的抗震受弯承载力之和应大于地上一层柱下端实配的抗震受弯承载力的1.31.3 倍。 2）

10、地下一层梁刚度较大时，柱截面每侧的纵向钢筋面积应大于地上一层对应柱每侧纵向钢筋面积的 1.1 1.1 倍；同时梁端顶面和底面的纵向钢筋面积均应比计算增大 1010以上。 4.地下一层抗震墙墙肢端部边缘构件纵向钢筋的截面面积，不应小于地上一层对应墙肢端部边缘构件纵向钢筋的截面面积。规范规定规范规定GB50011 6.1.3 6.1.3 钢筋混凝土房屋抗震等级的确定，尚应符合下列要求： 3. 3.当地下室顶板作为上部结构的嵌固部位时，地下一层的抗震等级应与上部结构相同，地下一层以下抗震构造措施的抗震等级可逐层降低一级，但不应低于四级。地下室中无上部结构的部分，抗震构造措施的抗震等级可根据具体情况采

11、用三级或四级。 6.1.10 6.1.10 抗震墙底部加强部位的范围，应符合下列规定： 3.3.当结构计算嵌固端位于地下一层的底板或以下时，底部加强部位尚宜向下延伸到计算嵌固端。规范规定规范规定GB50011 3.2.2 3.2.2 各类结构用混凝土的强度等级均不应低于 C20，不应符合下列规定： 3.作为上部结构嵌固部位的地下室楼盖的混凝土强度等级不宜低于 C30； 3.6.3 作为上部结构嵌固部位的地下室楼层的顶楼盖应采用梁板结构，楼板厚度不宜小于 180mm，应采用双层双向配筋，且每层每个方向的配筋率不宜小于 0.25。 3.9.5 抗震设计的高层建筑，当地下室顶层作为上部结构的嵌固端时

12、，地下一层相关范围的抗震等级应按上部结构采用，地下一层以下抗震构造措施的抗震等级可逐层降低一级，但不应低于四级；地下室中超出上部主楼相关范围且无上部结构的部分，其抗震等级可根据具体情况采用三级或四级。 相关范围：一般指主楼周边外延相关范围：一般指主楼周边外延1212跨的地下室范围。跨的地下室范围。规范规定规范规定JGJ3 5.3.7 5.3.7 高层建筑结构计算中，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2倍。 计算地下室结构楼层侧向刚度时，可考虑地上结构以外的地下室相关部位的结构。 相关部位：一般指地上结构外扩不超过三跨的地下室范围。相关

13、部位：一般指地上结构外扩不超过三跨的地下室范围。 12.2.1 12.2.1 同抗震规范同抗震规范6.1.146.1.14条条规范规定规范规定JGJ38.4.258.4.25当地下一层结构顶板作为上部结构嵌固部位时，应符合下列规定：1 地下一层的结构侧向刚度大于或等于与其相连的上部结构底层楼层侧向刚度的1.5倍；2 地下一层结构顶板应采用梁板式楼盖，板厚不应小于180mm，其混凝土强度等级不宜小于C30；楼面应采用双层双向配筋，且每层每个方向的配筋率不宜小于0.25；3 地下室外墙和内墙边缘的板面不应有大洞口，以保证将上部结构的地震作用或水平力传递到地下室抗侧力构件中。规范规定规范规定GB50

14、0074 当地下室内、外墙与主体结构墙体之间的距离符合表8.4.25 要求时，该范围内的地下室内、外墙可计入地下一层的结构侧向刚度，但此范围内的侧向刚度不能重叠使用于相邻建筑。当不符合上述要求时，建筑物的嵌固部位可设在筏形基础的顶面，此时宜考虑基侧土和基底土对地下室的抗力。规范规定规范规定GB50007 5.5.1 弹性位移角限值规范规定规范规定DGJ08 6.1.4 6.1.4 钢筋混凝土房屋抗震等级的确定，尚应符合下列要求：3.3.当地下室顶板作为上部结构的嵌固部位时，地下一层相关范围相关范围的抗震等级应与上部结构相同，地下一层以下抗震构造措施的抗震等级可逐层降低一级，但不应低于四级。地下

15、室中无上部结构的部分，抗震构造措施的抗震等级可根据具体情况采用三级或四级。 相关范围：一般指主楼周边外延相关范围：一般指主楼周边外延1 1跨跨22跨的地下室范围。跨的地下室范围。 6.1.12 6.1.12抗震墙底部加强部位的范围，应符合下列规定：3.3.当结构计算嵌固端位于地下一层的底板或以下时，底部加强部位尚宜向下延伸到计算嵌固端。规范规定规范规定DGJ08 6.1.12 6.1.12条文说明条文说明：在地下室大底盘高层建筑中,当主楼地下室顶板开大洞等情况使得嵌固端改至地下一层,若主楼计算采取与裙楼分开计算的方式,地下一层只能考虑主楼及其周围的抗侧力构件的贡献,主楼周围的范围可以在两个水平

16、方向分别取地下室层高的2倍左右。无地下室时,结构嵌固端通常在-2米以下的基础顶面,事实上由于0.000刚性地坪对底层柱的嵌固作用,造成计算时底层柱计算所得内力和配筋偏小,计算时需适当考虑刚性地坪的约束作用。规范规定规范规定DGJ08 6.1.17地下室顶板作为上部结构的嵌固部位时，应符合下列要求：1.同抗规2.地下室为一层或两层时，地下一层结构的楼层侧向刚度不宜小于相邻上部楼层侧向刚度的1.51.5倍;当地下室超过两层时，地下一层结构的楼层侧向刚度不宜小于相邻上部楼层侧向刚度的2 2倍；地下室周边宜有与其顶板相连的抗震墙。3.同抗规4.同抗规规范规定规范规定DGJ08 6.1.17 条文说明条

17、文说明： 当地下室顶板作为上部结构的嵌固部位时,应能将上部结构的地震剪力传递到全部地下室结构。地下室结构应能承受上部结构屈服超强及地下室本身的地震作用,为此近似考虑地下室结构的侧向刚度与上部结构侧向刚度之比不宜小于一定的限值,地下室柱截面每一侧纵向钢筋面积,除满足计算要求外,不应小于地上一层对应柱每侧纵筋面积的1.1倍,当进行初步设计时,侧向刚度比可用等效剪切刚度估计,并作为计算刚度比的控制指标。 如果上部结构在地下室顶板处转换,虽然地下一层与地上一层的刚度比可以满足限值的要求,但此时地下室顶板不宜作为嵌固端。规范规定规范规定DGJ08考虑到上海地区设有地下室的建筑一般采用桩基,对于地下室层数

18、不超过两层的建筑,刚度比限值采用1.5,当地下室层数超过两层时,刚度比限值采用2。如遇到较大面积的地下室而上部塔楼面积较小的情况,在计算地下室结构的侧向刚度时,只能考虑塔楼及其周围的抗侧力构件的贡献,塔楼周围的范围可以在两个水平方向分别取地下室层高的2倍左右。此时还应使地下室该范围内的刚心与质心的偏差尽可能小,保证塔楼的全面嵌固。作为上部结构嵌固端的地下室顶板,一般洞口面积不宜大于顶板面积的30%,且洞口边缘与主体结构的距离不宜太近;当不满足该要求时,应详细分析顶板应力,并采取合适的加强措施后才可将顶板作为上部结构的嵌固端。补补实际工程中实际工程中地下室顶板有很宽的洞口，嵌固端地下室顶板有很宽

19、的洞口，嵌固端可可取在地下室顶板，但刚度比取在地下室顶板，但刚度比要满足上海规定（考虑地下室层高的要满足上海规定（考虑地下室层高的2倍以外的墙柱算底部刚度，实际操作竖向倍以外的墙柱算底部刚度，实际操作竖向构件计算范围是每边各出去一跨），同时顶板要用构件计算范围是每边各出去一跨），同时顶板要用PMSAP算一个地下室顶板应算一个地下室顶板应力（注意要取消绝对嵌固参数）并据此配筋力（注意要取消绝对嵌固参数）并据此配筋规范规定规范规定DGJ083.5.2 3.5.2 抗震设计时，当地下室顶板为计算嵌固端时，首层侧向刚度不宜小于相邻上一层的1.5倍。结构的楼层侧向刚度不宜小于相邻上层楼层侧向刚度的90%

20、。注：楼层侧向刚度可取楼层剪力与层间位移角之比。5.3.7 5.3.7 高层建筑结构计算中，嵌固端宜设于基础面或地下室底板面嵌固端宜设于基础面或地下室底板面，也可设于地下室楼盖或顶板面。当以地下室顶板作为上部结构的计算嵌固部位时，地下一层的侧向刚度不应小于首层侧向刚度的2倍。当计算地下室的层侧向刚度时，可用壳元或其它合适的单元模拟地下室外墙，并可考虑土侧向约束的影响。规范规定规范规定DBJ155.3.7 5.3.7 条文说明条文说明计算模型中嵌固端的物理意义是水平位移和转角均为零。基础底板面或地下室底板面的约束条件较为接近计算假定。计算时可用土弹簧模拟地下室外侧土约束的影响，土弹簧刚度的选取宜

21、与地室外岩土的工程性质匹配。当地下室顶板作为上部结构的计算嵌固端时，如地下一层的侧向刚度不小于首层的2倍，可近似满足水平位移的约束条件，但转角不为零。规范规定规范规定DBJ15对于单层半埋式地下室 由于周边填土对地下室缺乏足够的约束作用 顶板平面理论上会发生水平位移 故应以地下室底板为结构嵌固端 如图嵌固端的选取嵌固端的选取常见问题处理常见问题处理对于单层半埋式地下室常州中海，嵌固在底板嵌固端的选取嵌固端的选取常见问题处理常见问题处理对于单层半埋式地下室常州中海，嵌固在顶板，顶板下移平地库顶板。嵌固端的选取嵌固端的选取常见问题处理常见问题处理对于单层半埋式地下室绍兴中海，嵌固在顶板，加腋处理。

22、嵌固端的选取嵌固端的选取常见问题处理常见问题处理对于单层半埋式地下室无锡中海，嵌固在底板，加腋处理。嵌固端的选取嵌固端的选取常见问题处理常见问题处理对于单层半埋式地下室上海中海，嵌固在顶板，加腋处理。嵌固端的选取嵌固端的选取常见问题处理常见问题处理对于单层半埋式地下室苏州中海，嵌固在顶板，加强处理。嵌固端的选取嵌固端的选取常见问题处理常见问题处理对于单层半埋式地下室苏州中海，嵌固在顶板，加腋处理。嵌固端的选取嵌固端的选取常见问题处理常见问题处理对于单层半埋式地下室苏州中海劳动路，嵌固在顶板，加腋处理。嵌固端的选取嵌固端的选取常见问题处理常见问题处理对于单层半埋式地下室上海万科，嵌固在顶板，加腋

23、处理。嵌固端的选取嵌固端的选取常见问题处理常见问题处理对于单层半埋式地下室赣州中海，嵌固在顶板，加强处理。嵌固端的选取嵌固端的选取常见问题处理常见问题处理对于单层半埋式地下室上海好世，嵌固在顶板，加腋处理。嵌固端的选取嵌固端的选取常见问题处理常见问题处理各地做法云南：当地下室顶板作为上部结构的嵌固端时，裙房地下室顶板与主楼地下室顶板的高差不应大于1.2m。如地下室顶板有覆土形成可靠的侧向约束并采取可靠的结构措施时可适当放宽。广东： 1、规范要求作为上部结构嵌固部位的地下室顶板应采用梁板结构， 但目前广东省建筑行业实际工程却往往因为市政需要而降低塔楼范围外的地下室顶板标高，地下室为满足减小基坑开

24、挖深度，降低基坑支护费用而采用无梁楼盖。会议认为，只要塔楼范围采用普通梁板结构，在地下室顶板标高变化处能确保水平力的有效传递，塔楼范围外可采用无梁楼盖；在分隔处需采取加强措施，如采用大梁（保证梁的宽度、增加斜腋等），相关范围楼板加厚、设置暗梁等措施。在满足规范关于首层嵌固端刚度及构造的要求，使 x、y两个方向的位移和转角为零，地下室塔楼外的相关范围及变标高处采用无梁楼盖，仍能采用地下室顶板作为结构嵌固端。 2、明确无论结构嵌固端是否取在地下室顶板， 首层因为刚度的突变以及抗侧力构件的变化，首层楼板及首层柱必须进行加强，应进行包络设计。 多数观点认为多数观点认为：当室内外高差较大，当室内外高差较

25、大，1/3的层高时，地下室顶板不得作的层高时，地下室顶板不得作为上部的嵌固部位。为上部的嵌固部位。 嵌固端的选取嵌固端的选取常见问题处理常见问题处理各地做法江苏：嵌固端的选取嵌固端的选取常见问题处理常见问题处理对于单层全埋式的地下室 如楼层上下刚度比 包括地下1 层与首层 首层与2层的刚度比容易做到满足要求 则可以顶板处为结构嵌固端 否则应以地下室底板为结构嵌固端 如图嵌固端的选取嵌固端的选取常见问题处理常见问题处理对于多层全埋式的地下室对于多层全埋式的地下室 尤其基坑支护结构与侧壁合二而一的尤其基坑支护结构与侧壁合二而一的 由于由于周边土对地下室有足够的约束作用周边土对地下室有足够的约束作用

26、 如楼层刚度比能满足规范要求通常如楼层刚度比能满足规范要求通常应以顶板处为结构嵌固端应以顶板处为结构嵌固端 当首层层高远大于当首层层高远大于 2 层层高（该层高差异往往层层高（该层高差异往往在在 1.5 倍以上，有的达到倍以上，有的达到 23 倍），设计中倍），设计中根本无法做到首层的侧向刚度大于根本无法做到首层的侧向刚度大于 2 层的层的 1.5 倍，倍，为了满足规范有关楼层侧向刚度比要求，此时也为了满足规范有关楼层侧向刚度比要求，此时也只能选取地下只能选取地下 1 层楼层为嵌固端层楼层为嵌固端嵌固端的选取嵌固端的选取常见问题处理常见问题处理对于多层地下室而其负 1 层为半埋式的，由于顶板存在室内外高差， 主体范围内的顶板平面内刚度可能不足或地下室侧壁远离主体结构而造成上下层刚度比过小， 则必须选取更下一层为结构嵌固端。 由于地下 1 层以下的地下室基本符合作为嵌固端的工作机理，只要地下 1 层楼盖平面内刚度满足作为嵌固端要求，则无须要求地下 2 层与地下1层的侧向刚度比不小于 2。（通常建筑物的地下室 2层的层高都