嵌固端设计要点

2014.07.29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■嵌固端概念■规范规定●抗震规范(GB50011)●高层规范(JGJ3)●地基规范(GB50007)●筏基规范(JGJ6)●上海抗规(DGJ08)●广东高规(DBJ15)■常见问题处理

●嵌固端的选取

●侧向刚度比值●相关范围无梁楼盖●软件相关操作一、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。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●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）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。●通常在设计中都假定上部结构嵌固在基础结构上，实际上这一假定只有在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●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，而在嵌固部位处增加一个大小与柔性地基相同的转角。嵌固固端端概概念念●结论论：：地下下室室顶顶板板做做嵌嵌固固端端是是为为了了简简化化设设计计，，历历史史上上电电算算不不发发达达，，地地面面嵌嵌固固概概念念清清楚楚，，简简单单易易算算，，现现实实，，地地下下土土体体水水平平反反力力说说易易，，模模拟拟难难，，如如模模拟拟不不准准，，从从工工程程角角度度，，还还不不如如简简化化模模型型，，地地面面嵌嵌固固准准确确实实用用，，但但要要用用地地面面嵌嵌固固计计算算，，就就要要有有前前提提条条件件：：表表面面是是地地下下/地上上层层刚刚度度2，实实则则地地下下要要有有土土约约束束，，否否则则，，‘‘2’’是不不靠靠谱谱的的。。●未来来：：一个个高高层层，，带带地地下下室室，，没没规规范范的的““嵌嵌固固端端””规规定定，，我我们们怎怎样样做做呢呢？？准准确确的的做做法法，，模模型型建建到到底底板板顶顶，，含含地地下下室室的的外外墙墙，，外外墙墙外外土土体体考考虑虑成成水水平平弹弹簧簧，，这这是是一一个个““精精确确””模模型型，，按按这这个个模模型型，，因因地地下下部部分分对对地地上上结结构构有有““嵌嵌固固””作作用用，，地地上上的的底底部部若若干干层层会会出出现现刚刚度度突突变变，，受受力力不不利利，，应应““加加固固””。。●6.1.14地下下室室顶顶板板作作为为上上部部结结构构的的嵌嵌固固部部位位时时，，应应符符合合下下列列要要求求：：1.地下下室室顶顶板板应应避避免免开开设设大大洞洞口口；；地地下下室室在在地地上上结结构构相相关关范范围围的的顶顶板板应采采用用现现浇浇梁梁板板结结构构，相相关关范范围围以以外外的的地地下下室室顶顶板板宜采用用现现浇浇梁梁板板结结构构；；其其楼楼板板厚厚度度不不宜宜小小于于180mm，混混凝凝土土强强度度等等级级不宜宜小小于于C30，应应采采用用双双层层双双向向配配筋筋，，且且每每层层每每个个方方向向的的配配筋筋率率不宜宜小小于于0.25％。相关关范范围围：：一一般般可可从从地地上上结结构构（（主主楼楼、、有有裙裙房房时时含含裙裙房房））周周边边外外延延不不大大于于20m。规范范规规定定GB500112.结构构地地上上一一层层的的侧侧向向刚刚度度，，不不宜宜大大于于相相关关范范围围地地下下一一层层侧侧向向刚刚度度的的0.5倍；；地地下下室室周周边边宜宜有有与与其其顶顶板板相相连连的的抗抗震震墙墙。。侧向向刚刚度度：：剪剪切切刚刚度度。。规范范规规定定GB500113.地下室顶顶板对应应于地上上框架柱柱的梁柱柱节点除除应满足足抗震计计算要求求外，尚尚应符合合下列规规定之一一：1）地下一一层柱截截面每侧侧纵向钢钢筋不应应小于地地上一层层柱对应应纵向钢钢筋的1.1倍，且地地下一层层柱上端端和节点点左右梁梁端实配配的抗震震受弯承承载力之之和应大大于地上上一层柱柱下端实实配的抗抗震受弯弯承载力力的1.3倍。2）地下一一层梁刚刚度较大大时，柱柱截面每每侧的纵纵向钢筋筋面积应应大于地地上一层层对应柱柱每侧纵纵向钢筋筋面积的的1.1倍；同时时梁端顶顶面和底底面的纵纵向钢筋筋面积均均应比计计算增大大10％以上。4.地下一层层抗震墙墙墙肢端端部边缘缘构件纵纵向钢筋筋的截面面面积，，不应小小于地上上一层对对应墙肢肢端部边边缘构件件纵向钢钢筋的截截面面积积。规范规定定GB500116.1.3钢筋混凝凝土房屋屋抗震等等级的确确定，尚尚应符合合下列要要求：3.当地下室室顶板作作为上部部结构的的嵌固部部位时，，地下一一层的抗抗震等级级应与上上部结构构相同，，地下一一层以下下抗震构构造措施施的抗震震等级可可逐层降降低一级级，但不不应低于于四级。。地下室室中无上上部结构构的部分分，抗震震构造措措施的抗抗震等级级可根据据具体情情况采用用三级或或四级。。6.1.10抗震墙底底部加强强部位的的范围，，应符合合下列规规定：3.当结构计计算嵌固固端位于于地下一一层的底底板或以以下时，，底部加加强部位位尚宜向向下延伸伸到计算算嵌固端端。规范规定定GB500113.2.2各类结构构用混凝凝土的强强度等级级均不应应低于C20，不应符符合下列列规定：：3.作为上部部结构嵌嵌固部位位的地下下室楼盖盖的混凝凝土强度度等级不不宜低于于C30；3.6.3作为上部部结构嵌嵌固部位位的地下下室楼层层的顶楼楼盖应采采用梁板板结构，，楼板厚厚度不宜宜小于180mm，应采用用双层双双向配筋筋，且每每层每个个方向的的配筋率率不宜小小于0.25％。3.9.5抗震设计计的高层层建筑，，当地下下室顶层层作为上上部结构构的嵌固固端时，，地下一一层相关关范围的的抗震等等级应按按上部结结构采用用，地下下一层以以下抗震震构造措措施的抗抗震等级级可逐层层降低一一级，但但不应低低于四级级；地下下室中超超出上部部主楼相相关范围围且无上上部结构构的部分分，其抗抗震等级级可根据据具体情情况采用用三级或或四级。。相关范围围：一般般指主楼楼周边外外延1~2跨的地下下室范围围。规范规定定JGJ35.3.7高层建筑筑结构计计算中，，当地下下室顶板板作为上上部结构构嵌固部部位时，，地下室室结构的的楼层侧侧向刚度度不应小小于相邻邻上部结结构楼层层侧向刚刚度的2倍。计算地下下室结构构楼层侧侧向刚度度时，可可考虑地地上结构构以外的的地下室室相关部部位的结结构。相关部位位：一般般指地上上结构外外扩不超超过三跨跨的地下下室范围围。12.2.1同抗震规规范6.1.14条规范规定定JGJ38.4.25当地下一一层结构构顶板作作为上部部结构嵌嵌固部位位时，应应符合下下列规定定：1地下一层的的结构侧向向刚度大于于或等于与与其相连的的上部结构构底层楼层层侧向刚度度的1.5倍；2地下一层结结构顶板应应采用梁板板式楼盖，，板厚不应应小于180mm，其混凝土土强度等级级不宜小于于C30；楼面应采采用双层双双向配筋，，且每层每每个方向的的配筋率不不宜小于0.25％；3地下室外墙墙和内墙边边缘的板面面不应有大大洞口，以以保证将上上部结构的的地震作用用或水平力力传递到地地下室抗侧侧力构件中中。规范规定GB500074当地下室内内、外墙与与主体结构构墙体之间间的距离符符合表8.4.25要求时，该该范围内的的地下室内内、外墙可可计入地下下一层的结结构侧向刚刚度，但此此范围内的的侧向刚度度不能重叠叠使用于相相邻建筑。。当不符合合上述要求求时，建筑筑物的嵌固固部位可设设在筏形基基础的顶面面，此时宜宜考虑基侧侧土和基底底土对地下下室的抗力力。规范规定GB500075.5.1弹性位移角角限值规范规定DGJ086.1.4钢筋混凝土土房屋抗震震等级的确确定，尚应应符合下列列要求：3.当地下室顶顶板作为上上部结构的的嵌固部位位时，地下下一层相关范围的抗震等级级应与上部部结构相同同，地下一一层以下抗抗震构造措措施的抗震震等级可逐逐层降低一一级，但不不应低于四四级。地下下室中无上上部结构的的部分，抗抗震构造措措施的抗震震等级可根根据具体情情况采用三三级或四级级。相关范围：：一般指主主楼周边外外延1跨~2跨的地下室室范围。6.1.12抗震墙底部部加强部位位的范围，，应符合下下列规定：：3.当结构计算算嵌固端位位于地下一一层的底板板或以下时时，底部加加强部位尚尚宜向下延延伸到计算算嵌固端。。规范规定DGJ086.1.12条文说明：在地下室大大底盘高层层建筑中,当主楼地下下室顶板开开大洞等情情况使得嵌嵌固端改至至地下一层层,若主楼计算算采取与裙裙楼分开计计算的方式式,地下一层只只能考虑主主楼及其周周围的抗侧侧力构件的的贡献,主楼周围的的范围可以以在两个水水平方向分分别取地下下室层高的的2倍左右。无地下室时时,结构嵌固端端通常在-2米以下的基基础顶面,事实上由于于±0.000刚性地坪对对底层柱的的嵌固作用用,造成计算时时底层柱计计算所得内内力和配筋筋偏小,计算时需适适当考虑刚刚性地坪的的约束作用用。规范规定DGJ086.1.17地下室顶板板作为上部部结构的嵌嵌固部位时时，应符合合下列要求求：1.同抗规2.地下室为一一层或两层层时，地下下一层结构构的楼层侧侧向刚度不不宜小于相相邻上部楼楼层侧向刚刚度的1.5倍;当地下室超超过两层时时，地下一一层结构的的楼层侧向向刚度不宜宜小于相邻邻上部楼层层侧向刚度度的2倍；地下室室周边宜有有与其顶板板相连的抗抗震墙。3.同抗规4.同抗规规范规定DGJ086.1.17条文说明：当地下室顶顶板作为上上部结构的的嵌固部位位时,应能将上部部结构的地地震剪力传传递到全部部地下室结结构。地下下室结构应应能承受上上部结构屈屈服超强及及地下室本本身的地震震作用,为此近似考考虑地下室室结构的侧侧向刚度与与上部结构构侧向刚度度之比不宜宜小于一定定的限值,地下室柱截截面每一侧侧纵向钢筋筋面积,除满足计算算要求外,不应小于地地上一层对对应柱每侧侧纵筋面积积的1.1倍,当进行初步步设计时,侧向刚度比比可用等效效剪切刚度度估计,并作为计算算刚度比的的控制指标标。如果上部结结构在地下下室顶板处处转换,虽然地下一一层与地上上一层的刚刚度比可以以满足限值值的要求,但此时地下下室顶板不不宜作为嵌嵌固端。规范规定DGJ08考虑到上海海地区设有有地下室的的建筑一般般采用桩基基,对于地下室室层数不超超过两层的的建筑,刚度比限值值采用1.5,当地下室层层数超过两两层时,刚度比限值值采用2。如遇到较大大面积的地地下室而上上部塔楼面面积较小的的情况,在计算地下下室结构的的侧向刚度度时,只能考虑塔塔楼及其周周围的抗侧侧力构件的的贡献,塔楼周围的的范围可以以在两个水水平方向分分别取地下下室层高的的2倍左右。此此时还应使使地下室该该范围内的的刚心与质质心的偏差差尽可能小小,保证塔楼的的全面嵌固固。作为上部结结构嵌固端端的地下室室顶板,一般洞口面面积不宜大大于顶板面面积的30%,且洞口边缘缘与主体结结构的距离离不宜太近近;当不满足该该要求时,应详细分析析顶板应力力,并采取合适适的加强措措施后才可可将顶板作作为上部结结构的嵌固固端。补《实际工程中中地下室顶板板有很宽的的洞口，嵌嵌固端可取在地下室室顶板，但但刚度比要要满足上海海规定（考考虑地下室室层高的2倍以外的墙墙柱算底部部刚度，实实际操作竖竖向构件计计算范围是是每边各出出去一跨）），同时顶顶板要用PMSAP算一个地下下室顶板应应力（注意意要取消绝绝对嵌固参参数）并据据此配筋》规范规定DGJ083.5.2抗震设计时时，当地下下室顶板为为计算嵌固固端时，首首层侧向刚刚度不宜小小于相邻上上一层的1.5倍。结构的的楼层侧向向刚度不宜宜小于相邻邻上层楼层层侧向刚度度的90%。注：楼层侧侧向刚度可可取楼层剪剪力与层间间位移角之之比。5.3.7高层建筑结结构计算中中，嵌固端宜设设于基础面面或地下室室底板面，也可设于于地下室楼楼盖或顶板板面。当以以地下室顶顶板作为上上部结构的的计算嵌固固部位时，，地下一层层的侧向刚刚度不应小小于首层侧侧向刚度的的2倍。当计算算地下室的的层侧向刚刚度时，可可用壳元或或其它合适适的单元模模拟地下室室外墙，并并可考虑土土侧向约束束的影响。。规范规定DBJ155.3.7条文说明计算模型中中嵌固端的的物理意义义是水平位位移和转角角均为零。。基础底板板面或地下下室底板面面的约束条条件较为接接近计算假假定。计算算时可用土土弹簧模拟拟地下室外外侧土约束束的影响，，土弹簧刚刚度的选取取宜与地室室外岩土的的工程性质质匹配。当当地下室顶顶板作为上上部结构的的计算嵌固固端时，如如地下一层层的侧向刚刚度不小于于首层的2倍，可近似似满足水平平位移的约约束条件，，但转角不不为零。规范规定DBJ15●对于单层半半埋式地下下室由于于周边填土土对地下室室缺乏足够够的约束作作用顶板板平面理论论上会发生生水平位移移故应以以地下室底底板为结构构嵌固端如如图嵌固端的选选取常见问题处处理●对于单层半半埋式地下下室常州中海，，嵌固在底底板嵌固端的选选取常见问题处处理●对于单层半半埋式地下下室常州中海，，嵌固在顶顶板，顶板板下移平地地库顶板。。嵌固端的选选取常见问题处处理●对于单层半半埋式地下下室绍兴中海，，嵌固在顶顶板，加腋腋处理。嵌固端的选选取常见问题处处理●对于单层半半埋式地下下室无锡中海，，嵌固在底底板，加腋腋处理。嵌固端的选选取常见问题处处理●对于单层半半埋式地下下室上海中海，，嵌固在顶顶板，加腋腋处理。嵌固端的选选取常见问题处处理●对于单层半半埋式地下下室苏州中海，，嵌固在顶顶板，加强强处理。嵌固端的选选取常见问题处处理●对于单层半半埋式地下下室苏州中海，，嵌固在顶顶板，加腋腋处理。嵌固端的选选取常见问题处处理●对于单层半半埋式地下下室苏州中海劳劳动路，嵌嵌固在顶板板，加腋处处理。嵌固端的选选取常见问题处处理●对于单层半半埋式地下下室上海万科，，嵌固在顶顶板，加腋腋处理。嵌固端的选选取常见问题处处理●对于单层半半埋式地下下室赣州中海，，嵌固在顶顶板，加强强处理。嵌固端的选选取常见问题处处理●对于单层半半埋式地下下室上海好世，，嵌固在顶顶板，加腋腋处理。嵌固端的选选取常见问题处处理●各地做法云南：当地下室顶顶板作为上上部结构的的嵌固端时时，裙房地地下室顶板板与主楼地地下室顶板板的高差不不应大于1.2m。如地下室室顶板有覆覆土形成可可靠的侧向向约束并采采取可靠的的结构措施施时可适当当放宽。广东：1、规范要求求作为上部部结构嵌固固部位的地地下室顶板板应采用梁梁板结构，，但目前前广东省建建筑行业实实际工程却却往往因为为市政需要要而降低塔塔楼范围外外的地下室室顶板标高高，地下室室为满足减减小基坑开开挖深度，，降低基坑坑支护费用用而采用无无梁楼盖。。会议认为为，只要塔塔楼范围采采用普通梁梁板结构，，在地下室室顶板标高高变化处能能确保水平平力的有效效传递，塔塔楼范围外外可采用无无梁楼盖；；在分隔处处需采取加加强措施，，如采用大大梁（保证证梁的宽度度、增加斜斜腋等），，相关范围围楼板加厚厚、设置暗暗梁等措施施。在满足足规范关于于首层嵌固固端刚度及及构造的要要求，使x、y两个方向的的位移和转转角为零，，地下室塔塔楼外的相相关范围及及变标高处处采用无梁梁楼盖，仍仍能采用地地下室顶板板作为结构构嵌固端。。2、明确无论论结构嵌固固端是否取取在地下室室顶板，首首层因为为刚度的突突变以及抗抗侧力构件件的变化，，首层楼板板及首层柱柱必须进行行加强，应应进行包络络设计。多数观点认认为：当室内外高高差较大，，>1/3的层高时，，地下室顶顶板不得作作为上部的的嵌固部位位。嵌固端的选选取常见问题处处理●各地做法江苏：嵌固端的选选取常见问题处处理●对于单层全全埋式的地地下室如如楼层上下下刚度比包包括地下下1层与首层首首层与2层的刚度比比容易做到到满足要求求则可以以顶板处为为结构嵌固固端否则则应以地下下室底板为为结构嵌固固端如图图嵌固端的选选取常见问题处处理●对于多层全全埋式的地地下室尤尤其基坑支支护结构与与侧壁合二二而一的由由于周边边土对地下下室有足够够的约束作作用如楼楼层刚度比比能满足规规范要求通通常应以顶顶板处为结结构嵌固端端●当首层层高高远大于2层层高（该该层高差异异往往在1.5倍以上，有有的达到2～3倍），设计计中根本无法做做到首层的的侧向刚度度大于2层的1.5倍，为了满足规规范有关楼楼层侧向刚刚度比要求求，此时也也只能选取地地下1层楼层为嵌嵌固端嵌固端的选选取常见问题处处理●对于多层地地下室而其其负1层为半埋式式的，由于于顶板存在在室内外高高差，主主体范围内