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【摘要】带地下室建筑的结构设计中，在进行概念设计、结构计算时，必须明确嵌固端的位置。而针对不同的地下室情况，嵌固部位的选取又比较复杂。本文主要通过对《建筑抗震设计规范》(以下简称《抗规》)和《高层建筑混凝土结构技术规程》（以下简称《高规》）的理解以及针对不同的地下室情况，谈谈上部结构嵌固部位的确定方法及设计处理建议，供结构设计人员参考。
【关键词】地下室；嵌固部位；上部结构；侧向刚度比
中图分类號：S611 文献标识码：A 文章编号：
引言
带地下室建筑结构设计中，上部结构嵌固部位的确定是一个十分重要的问题。正确选取上部结构的嵌固部位，是建筑结构计算模型中的一个重要假定，它直接关系到结构计算模型与结构实际受力状态的符合程度，关系到结构中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，以及结构设计的经济性。什么是嵌固部位？从工程角度看，嵌固部位是一个区域，只有相对的嵌固，没有绝对的嵌固。所谓嵌固部位也就是预期塑性铰出现的部位，确定嵌固部位可通过刚度和承载力调整迫使塑性铰在预期部位出现。
1、规范的相关规定及理解
1.1《抗规》第6.1.14条和《高规》第3.2.2条、3.6.3条、5.3.7条及12.2.1条均做了相关规定，这里不再列出，仅指出两本规范规定的不同地方：
A《抗规》6.1.14条规定，对于作为上部结构嵌固部位的地下室顶板区分为“地上结构相关范围内应采用现浇梁板结构”及“相关范围以外的地下室顶板宜采用现浇梁板结构”；而《高规》3.6.3条规定，不再区分地上结构相关范围内外之分，均应采用现浇梁板结构。
B《抗规》6.1.14条关于地下一层与首层的侧向刚度比规定中，没有说明刚度比的计算方法，同时规定地下室周边宜有与其顶板相连的抗震墙；《高规》5.3.7条条文说明中明确指出了侧向刚度比的计算方法，按公式计算。
C《抗规》6.1.14条第3款与《高规》12.2.1条第3款略有不同，《抗规》设置了“地下一层梁刚度较大”的前提条件，《高规》无此限制。
1.2规范理解
上述条文中，侧向刚度比计算规定中的“相关范围”应理解为“上部结构及其相关范围”，指地上结构及其四周每边外扩不大于3跨或20m的范围，考察的是上部结构周边地下室对上部结构有效约束刚度的贡献，可尽量偏小取值以偏于安全；关于侧向刚度比的规定均可表述为“地下一层（上部结构及其相关范围）楼层的侧向刚度与地上一层楼层侧向刚度的比值不宜小于2”。
上部结构的嵌固问题，主要应关注三大问题：
1）嵌固部位下层与地上结构首层的侧向刚度比问题。侧向刚度比计算中，要正确理解《高规》规范条文说明中的“地上结构”，要分清考察的重点问题，“地上结构”应围绕考察对象展开。
A当“地上结构”为主楼（或塔楼和裙房组成，但裙房面积较小，即塔楼外裙房跨数不大于3跨或20m）时，“地上结构”取主楼（或塔楼加裙房）的范围，相应的，地下一层取主楼（塔楼加裙房）及其相关范围的区域计算。如图一。
B当“地上结构”的裙房面积较大（即塔楼外裙房跨数大于3跨或20m）时，应对嵌固部位下部楼层与地上结构首层的侧向刚度比进行包络设计：
验算地下室对主楼的侧向刚度比，地下室取主楼及其相关范围，地上一层取主楼及其与地下室相关范围对应的区域计算。如图二。
验算地下室对“主楼+全部裙房”的侧向刚度图一
比，地上一层取“主楼+全部裙房”，地下室取“主楼+全部裙房”及其相关范围计算，以判别地下室是否满足对全部地上结构的嵌固刚度比要求。如图三。
图二图三
上述侧向刚度比计算中，上部结构及其相关范围内所有对地下室结构侧向刚度有贡献的构件（包括地下室外墙、人防墙及水池墙、斜撑等）均可参加抗侧刚度计算。
2）地下室四周填土对地下室的约束问题。《抗规》6.1.14条条文说明指出，“这里所指的地下室应为完整的地下室”，可理解为地下室为全埋地下室，且地下室顶板标高与地下室室外地面标高相差不能太大（一般认为高差不大于地下室一层层高的1/3或1.5米）。一般情况下，满足要求的地下室外围回填土对地下室结构的约束作用很大，其对地下室侧向刚度的贡献约为地下室结构自身侧向刚度的3~5倍。这里满足要求的地下室外围回填土可理解为满足《高规》12.2.6条要求的回填土。
3）地下室顶板的整体刚度问题。规范从楼盖结构形式、楼盖混凝土强度等级、楼板开洞、楼板厚度、楼板配筋等全方位做了详细规定，目的是使地下室顶板必须具有足够的平面内、外刚度，以有效的将上部结构的底部剪力传递到地下室的抗侧力构件上。
2、设计中应注重的问题及设计处理建议
2.1一般情况下，尽量将地下室顶板设计成上部结构的嵌固部位。此种情况下，结构的加强部位明确，地下室结构的加强范围高度较小，结构的总加强范围较小，结构设计的经济性较好。相关规定详《抗规》6.1.3条、6.1.10条及《高规》3.9.5条、7.1.4条。
2.2 若由于地下室顶板错层、开大洞、地下室顶板标高与地下室室外地面标高相差大于地下室一层层高的1/3或1.5米及地下一层与上部结构的侧向刚度比不满足规范要求等原因，使地下室顶板不能满足作为上部结构嵌固部位的要求时，可采用下列处理措施：图四
1）多层地下室时，按地下室某楼层与地上一层的楼层侧向刚度比来确定上部结构的嵌固部位，即依次验算地下二层及以下各层对地上一层的楼层侧向刚度比，当满足楼层侧向刚度比γ≥2时，便可确定上部结构的嵌固部位。此时，作为嵌固部位的楼板所有构造要求均应满足规范中对作为上部结构嵌固部位的地下室顶板的相关条文要求，地下室各楼层侧向刚度的要求详图四。
2）单层地下室时，应将嵌固部位取在基础顶面或地下一层底板面。
3）上述两款情况下，地下室顶板不能作为上部结构的嵌固部位时，一是地下室顶板的设计应满足以下要求：楼板的厚度不应小于160mm，混凝土强度等级不小于C30，配筋宜采用双层双向配筋且配筋率不宜小于0.25%；楼板应采用现浇梁板结构；尽可能的减少楼板错层或降低错层高差及楼板开大洞，加强楼板的整体性。二是对地上一层及嵌固部位以上地下室各楼层的抗侧力构件采取适当的加强措施。采取这些措施主要考虑到地下室侧向刚度（包含地下室周围填土对地下室结构的约束刚度）与地上一层结构侧向刚度的差异，存在刚度及楼层剪力突变，实际存在的楼层剪力在各抗侧力构件间的重分布现象，及楼板传递楼层剪力的实际需要。
2.3当地下室为单层或多层的箱型基础地下室时，可直接取地下室顶板作为上部结构的嵌固部位。
2.4当完整地下室为大底盘的多塔楼结构（地面以上无大底盘）时，地下一层的楼层侧向刚度与地上一层楼层侧向刚度的比值计算可按下列方法处理：
1）当各单塔楼的地下一层（上部结构及其相关范围）与其相应地上一层的楼层侧向刚度比不小于2时，地下室顶板可作为上部结构的嵌固部位。
2）当各单塔楼的地下一层（上部结构及其相关范围）与其相应地上一层的楼层侧向刚度比小于2但大于1.5时，如整个地下室的整体侧向刚度与上部所有单塔楼的总侧向刚度的比值不小于2，地下室顶板可作为上部结构的嵌固部位。
2.5当为坡地建筑，地下室有一侧临空（或地下室四周有填土，但最低一侧的埋置深度小于地下室相应楼层层高的2/3时），上部结构的嵌固部位应下移至基础顶面或下一层地下室的顶面，当移至下一层地下室楼层顶面时，相应地下室楼层应满足上述2.2条相关要求。
2.6当为多塔楼结构（地面以上有大底盘裙房，地下室连为整体）时，各单塔楼的地下一层（上部结构及其相关范围）与其相应地上一层的楼层侧向刚度比及整个地下室的整体侧向刚度与地上一层总侧向刚度的比值不宜小于2，地下室顶板可作为上部结构的嵌固部位。
2.7作为确定嵌固部位量化指标的楼层侧向刚度比计算中，地下室的楼层侧向刚度计算是指地下室自身侧向刚度，不包括地下室外围填土对地下室侧向刚度的贡献。而在嵌固部位确定后的结构设计中，应考虑地下室外围填土对地下室刚度的贡献，并进行相关的计算分析。因此在进行模型计算分析时，应分两步走：一是先假定结构的嵌固部位在基础顶面，不考虑地下室外围填土对地下室楼层侧向刚度的贡献，计算基础顶面以上各层结构自身的楼层侧向刚度比；二是根据第一步计算的楼层侧向刚度比值确定上部结构的嵌固部位，并将计算模型中的嵌固部位调整至已确定的嵌固部位楼层，同时考虑地下室外围填土对地下室楼层侧向刚度贡献的影响，进行结构及构件的设计计算。
3结论
上部结构的嵌固问题，本质上应该是嵌固部位下层与地上一层的楼层侧向刚度比问题。因实际工程的复杂程度不同，而使得上部结构嵌固部位的确定比较复杂。我们要围绕考察对象的不同，分清考察的重点问题，来合理确定上部结构的嵌固部位。当实际工程十分复杂，难以确定上部结构的嵌固部位时，建议采用包络设计的方法，进行不同嵌固部位的多模型比较计算分析，取不利情况进行设计。
参考文献：
1.中华人民共和国行业标准.(2002)高层建筑混凝土结构技术规程.JGJ3-2010
2.中华人民共和国国家标准.(2002)建筑抗震设计规范.GB50011-2010
3.朱丙寅.高层建筑混凝土结构技术规程应用与分析.JGJ3-2010.北京：中国建筑工业出版社2013
【关键词】地下室；嵌固部位；上部结构；侧向刚度比
中图分类號：S611 文献标识码：A 文章编号：
引言
带地下室建筑结构设计中，上部结构嵌固部位的确定是一个十分重要的问题。正确选取上部结构的嵌固部位，是建筑结构计算模型中的一个重要假定，它直接关系到结构计算模型与结构实际受力状态的符合程度，关系到结构中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，以及结构设计的经济性。什么是嵌固部位？从工程角度看，嵌固部位是一个区域，只有相对的嵌固，没有绝对的嵌固。所谓嵌固部位也就是预期塑性铰出现的部位，确定嵌固部位可通过刚度和承载力调整迫使塑性铰在预期部位出现。
1、规范的相关规定及理解
1.1《抗规》第6.1.14条和《高规》第3.2.2条、3.6.3条、5.3.7条及12.2.1条均做了相关规定，这里不再列出，仅指出两本规范规定的不同地方：
A《抗规》6.1.14条规定，对于作为上部结构嵌固部位的地下室顶板区分为“地上结构相关范围内应采用现浇梁板结构”及“相关范围以外的地下室顶板宜采用现浇梁板结构”；而《高规》3.6.3条规定，不再区分地上结构相关范围内外之分，均应采用现浇梁板结构。
B《抗规》6.1.14条关于地下一层与首层的侧向刚度比规定中，没有说明刚度比的计算方法，同时规定地下室周边宜有与其顶板相连的抗震墙；《高规》5.3.7条条文说明中明确指出了侧向刚度比的计算方法，按公式计算。
C《抗规》6.1.14条第3款与《高规》12.2.1条第3款略有不同，《抗规》设置了“地下一层梁刚度较大”的前提条件，《高规》无此限制。
1.2规范理解
上述条文中，侧向刚度比计算规定中的“相关范围”应理解为“上部结构及其相关范围”，指地上结构及其四周每边外扩不大于3跨或20m的范围，考察的是上部结构周边地下室对上部结构有效约束刚度的贡献，可尽量偏小取值以偏于安全；关于侧向刚度比的规定均可表述为“地下一层（上部结构及其相关范围）楼层的侧向刚度与地上一层楼层侧向刚度的比值不宜小于2”。
上部结构的嵌固问题，主要应关注三大问题：
1）嵌固部位下层与地上结构首层的侧向刚度比问题。侧向刚度比计算中，要正确理解《高规》规范条文说明中的“地上结构”，要分清考察的重点问题，“地上结构”应围绕考察对象展开。
A当“地上结构”为主楼（或塔楼和裙房组成，但裙房面积较小，即塔楼外裙房跨数不大于3跨或20m）时，“地上结构”取主楼（或塔楼加裙房）的范围，相应的，地下一层取主楼（塔楼加裙房）及其相关范围的区域计算。如图一。
B当“地上结构”的裙房面积较大（即塔楼外裙房跨数大于3跨或20m）时，应对嵌固部位下部楼层与地上结构首层的侧向刚度比进行包络设计：
验算地下室对主楼的侧向刚度比，地下室取主楼及其相关范围，地上一层取主楼及其与地下室相关范围对应的区域计算。如图二。
验算地下室对“主楼+全部裙房”的侧向刚度图一
比，地上一层取“主楼+全部裙房”，地下室取“主楼+全部裙房”及其相关范围计算，以判别地下室是否满足对全部地上结构的嵌固刚度比要求。如图三。
图二图三
上述侧向刚度比计算中，上部结构及其相关范围内所有对地下室结构侧向刚度有贡献的构件（包括地下室外墙、人防墙及水池墙、斜撑等）均可参加抗侧刚度计算。
2）地下室四周填土对地下室的约束问题。《抗规》6.1.14条条文说明指出，“这里所指的地下室应为完整的地下室”，可理解为地下室为全埋地下室，且地下室顶板标高与地下室室外地面标高相差不能太大（一般认为高差不大于地下室一层层高的1/3或1.5米）。一般情况下，满足要求的地下室外围回填土对地下室结构的约束作用很大，其对地下室侧向刚度的贡献约为地下室结构自身侧向刚度的3~5倍。这里满足要求的地下室外围回填土可理解为满足《高规》12.2.6条要求的回填土。
3）地下室顶板的整体刚度问题。规范从楼盖结构形式、楼盖混凝土强度等级、楼板开洞、楼板厚度、楼板配筋等全方位做了详细规定，目的是使地下室顶板必须具有足够的平面内、外刚度，以有效的将上部结构的底部剪力传递到地下室的抗侧力构件上。
2、设计中应注重的问题及设计处理建议
2.1一般情况下，尽量将地下室顶板设计成上部结构的嵌固部位。此种情况下，结构的加强部位明确，地下室结构的加强范围高度较小，结构的总加强范围较小，结构设计的经济性较好。相关规定详《抗规》6.1.3条、6.1.10条及《高规》3.9.5条、7.1.4条。
2.2 若由于地下室顶板错层、开大洞、地下室顶板标高与地下室室外地面标高相差大于地下室一层层高的1/3或1.5米及地下一层与上部结构的侧向刚度比不满足规范要求等原因，使地下室顶板不能满足作为上部结构嵌固部位的要求时，可采用下列处理措施：图四
1）多层地下室时，按地下室某楼层与地上一层的楼层侧向刚度比来确定上部结构的嵌固部位，即依次验算地下二层及以下各层对地上一层的楼层侧向刚度比，当满足楼层侧向刚度比γ≥2时，便可确定上部结构的嵌固部位。此时，作为嵌固部位的楼板所有构造要求均应满足规范中对作为上部结构嵌固部位的地下室顶板的相关条文要求，地下室各楼层侧向刚度的要求详图四。
2）单层地下室时，应将嵌固部位取在基础顶面或地下一层底板面。
3）上述两款情况下，地下室顶板不能作为上部结构的嵌固部位时，一是地下室顶板的设计应满足以下要求：楼板的厚度不应小于160mm，混凝土强度等级不小于C30，配筋宜采用双层双向配筋且配筋率不宜小于0.25%；楼板应采用现浇梁板结构；尽可能的减少楼板错层或降低错层高差及楼板开大洞，加强楼板的整体性。二是对地上一层及嵌固部位以上地下室各楼层的抗侧力构件采取适当的加强措施。采取这些措施主要考虑到地下室侧向刚度（包含地下室周围填土对地下室结构的约束刚度）与地上一层结构侧向刚度的差异，存在刚度及楼层剪力突变，实际存在的楼层剪力在各抗侧力构件间的重分布现象，及楼板传递楼层剪力的实际需要。
2.3当地下室为单层或多层的箱型基础地下室时，可直接取地下室顶板作为上部结构的嵌固部位。
2.4当完整地下室为大底盘的多塔楼结构（地面以上无大底盘）时，地下一层的楼层侧向刚度与地上一层楼层侧向刚度的比值计算可按下列方法处理：
1）当各单塔楼的地下一层（上部结构及其相关范围）与其相应地上一层的楼层侧向刚度比不小于2时，地下室顶板可作为上部结构的嵌固部位。
2）当各单塔楼的地下一层（上部结构及其相关范围）与其相应地上一层的楼层侧向刚度比小于2但大于1.5时，如整个地下室的整体侧向刚度与上部所有单塔楼的总侧向刚度的比值不小于2，地下室顶板可作为上部结构的嵌固部位。
2.5当为坡地建筑，地下室有一侧临空（或地下室四周有填土，但最低一侧的埋置深度小于地下室相应楼层层高的2/3时），上部结构的嵌固部位应下移至基础顶面或下一层地下室的顶面，当移至下一层地下室楼层顶面时，相应地下室楼层应满足上述2.2条相关要求。
2.6当为多塔楼结构（地面以上有大底盘裙房，地下室连为整体）时，各单塔楼的地下一层（上部结构及其相关范围）与其相应地上一层的楼层侧向刚度比及整个地下室的整体侧向刚度与地上一层总侧向刚度的比值不宜小于2，地下室顶板可作为上部结构的嵌固部位。
2.7作为确定嵌固部位量化指标的楼层侧向刚度比计算中，地下室的楼层侧向刚度计算是指地下室自身侧向刚度，不包括地下室外围填土对地下室侧向刚度的贡献。而在嵌固部位确定后的结构设计中，应考虑地下室外围填土对地下室刚度的贡献，并进行相关的计算分析。因此在进行模型计算分析时，应分两步走：一是先假定结构的嵌固部位在基础顶面，不考虑地下室外围填土对地下室楼层侧向刚度的贡献，计算基础顶面以上各层结构自身的楼层侧向刚度比；二是根据第一步计算的楼层侧向刚度比值确定上部结构的嵌固部位，并将计算模型中的嵌固部位调整至已确定的嵌固部位楼层，同时考虑地下室外围填土对地下室楼层侧向刚度贡献的影响，进行结构及构件的设计计算。
3结论
上部结构的嵌固问题，本质上应该是嵌固部位下层与地上一层的楼层侧向刚度比问题。因实际工程的复杂程度不同，而使得上部结构嵌固部位的确定比较复杂。我们要围绕考察对象的不同，分清考察的重点问题，来合理确定上部结构的嵌固部位。当实际工程十分复杂，难以确定上部结构的嵌固部位时，建议采用包络设计的方法，进行不同嵌固部位的多模型比较计算分析，取不利情况进行设计。
参考文献：
1.中华人民共和国行业标准.(2002)高层建筑混凝土结构技术规程.JGJ3-2010
2.中华人民共和国国家标准.(2002)建筑抗震设计规范.GB50011-2010
3.朱丙寅.高层建筑混凝土结构技术规程应用与分析.JGJ3-2010.北京：中国建筑工业出版社2013