高層建筑結(jié)構(gòu)嵌固端位置的確定對(duì)計(jì)算結(jié)果的真實(shí)性和準(zhǔn)確性有很大的影響，正確選取結(jié)構(gòu)嵌固端，不僅對(duì)結(jié)構(gòu)的位移角、基底剪力等結(jié)構(gòu)整體指標(biāo)有影響，還可以影響到結(jié)構(gòu)的位移比、剛度比等樓層局部指標(biāo)和內(nèi)力分布、鋼筋等。本文將為您介紹規(guī)范對(duì)嵌固端的計(jì)算和相關(guān)構(gòu)造要求，闡述地下室頂板嵌固條件及不嵌固下移規(guī)范的處理方式，并結(jié)合pkpm結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件相關(guān)的處理方式，加深您對(duì)于結(jié)構(gòu)嵌固問題的理解和對(duì)實(shí)際工程問題的應(yīng)對(duì)能力。
前 言
建筑結(jié)構(gòu)在進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析計(jì)算之前必須首先確定結(jié)構(gòu)嵌固端的所在位置，而嵌固端的選取按照《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》jgj3-2010（以下簡稱“高規(guī)”）和《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》gb5011-2010（以下簡稱“抗規(guī)”）都要滿足一定的條件，比如在地下室頂板嵌固需要滿足相關(guān)范圍內(nèi)地下一層構(gòu)件剪切剛度與上層構(gòu)件剪切剛度比大于2，同時(shí)地下室頂板還需滿足一定的構(gòu)造要求，如果地下室頂板達(dá)不到嵌固條件，嵌固端下移，下移之后的嵌固端位置一般為地下室底板。實(shí)際工程中也由于各種特殊的情況，比如錯(cuò)層、夾層、坡地建筑、大底盤多塔結(jié)構(gòu)等導(dǎo)致嵌固部位不太好確定，當(dāng)然嵌固部位的確定也與是否有地下室、地下室層數(shù)的多少及基礎(chǔ)形式都均有關(guān)系。不同的嵌固端位置會(huì)影響結(jié)構(gòu)梁柱構(gòu)件內(nèi)力的調(diào)整、底部加強(qiáng)區(qū)的高度、梁柱構(gòu)件配筋放大的處理等，對(duì)于經(jīng)濟(jì)性會(huì)產(chǎn)生一定的影響。本文結(jié)合規(guī)范嵌固端相關(guān)要求，對(duì)當(dāng)前設(shè)計(jì)中存在的一些問題進(jìn)一步分析，加深設(shè)計(jì)師對(duì)于結(jié)構(gòu)嵌固相關(guān)問題的理解及對(duì)提高設(shè)計(jì)師對(duì)實(shí)際工程問題的處理能力。
對(duì)規(guī)范嵌固端的理解
嵌固端包含兩個(gè)層次的含義：1）計(jì)算嵌固端（計(jì)算模型的嵌固端或力學(xué)嵌固端，可理解為剛度嵌固端，簡單理解被固定的位置）；2）設(shè)計(jì)嵌固端（預(yù)期塑性鉸出現(xiàn)的部位或者強(qiáng)度嵌固端）。實(shí)際結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，若不存在地下室，結(jié)構(gòu)的嵌固端就是結(jié)構(gòu)最底部，該部位是屬于計(jì)算嵌固端，構(gòu)件最底部不發(fā)生任何的平動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)變形；若存在地下室，結(jié)構(gòu)的計(jì)算嵌固端應(yīng)該屬于地下室的底板，但從規(guī)范精神出發(fā)，由于地下室土體約束作用的不確定性及線性地震加速度反應(yīng)譜曲線屬于地面反應(yīng)譜等原因，為了在計(jì)算中得到明確的計(jì)算模型，規(guī)范認(rèn)為地下室頂板構(gòu)造滿足一定的條件、地下一層相關(guān)范圍構(gòu)件剪切剛度與地上一層剪切剛度比大于2時(shí)，上部結(jié)構(gòu)剪力可以可靠傳遞給地下室，地下室由于剛度大，且有土體約束，將產(chǎn)生較小的變形，仍應(yīng)將地下室頂板作為上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的嵌固端，此時(shí)的嵌固端可以理解為設(shè)計(jì)嵌固端，該位置也是在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中預(yù)期出現(xiàn)塑性鉸的部位。
不帶地下室的結(jié)構(gòu)，地震作用下結(jié)構(gòu)塑性鉸一般出現(xiàn)在結(jié)構(gòu)最底部；對(duì)于帶地下室的結(jié)構(gòu)，由于地下室土體的約束作用，導(dǎo)致地下室頂板下層產(chǎn)生剛度突變，地震作用下可能使高層建筑的塑性鉸由基礎(chǔ)頂部轉(zhuǎn)移到地下室頂板部以上。震害表明，在地震作用下，一般塑性鉸出現(xiàn)在結(jié)構(gòu)正負(fù)0處，但塑性鉸也有向地下一層延伸的情況，基本未發(fā)現(xiàn)地下室底板出現(xiàn)塑性鉸的情況。規(guī)范中為滿足地下室頂板嵌固，保證塑性鉸更加可靠的出現(xiàn)在地下室頂板以上部位，且保證塑性鉸不要下移，對(duì)地下室結(jié)構(gòu)的剛度和承載力提出了適當(dāng)?shù)募訌?qiáng)措施，通過這樣的調(diào)整，迫使塑性鉸在預(yù)期的部位出現(xiàn)。
規(guī)范中的嵌固端，涉及到結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的強(qiáng)度、剛度及延性，其重點(diǎn)是得到較為準(zhǔn)確的計(jì)算模型及保證抗震作用下的延性。通過確定嵌固端，得到清晰準(zhǔn)確的計(jì)算模型，進(jìn)行內(nèi)力分析、配筋設(shè)計(jì)及規(guī)范指標(biāo)判定。
嵌固端位置的確定
1.不帶地下室結(jié)構(gòu)嵌固端位置的確定
按照上述分析，對(duì)不帶地下室的結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)嵌固端位置是結(jié)構(gòu)最底部，在進(jìn)行內(nèi)力分析與配筋設(shè)計(jì)時(shí)，結(jié)構(gòu)最底部既是力學(xué)意義的嵌固端也是設(shè)計(jì)意義的嵌固端，底部節(jié)點(diǎn)既不發(fā)生平動(dòng)也不發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)變形。
2.帶地下室結(jié)構(gòu)嵌固端位置的確定
對(duì)于帶地下室的結(jié)構(gòu)，按照規(guī)范要求，應(yīng)將上部結(jié)構(gòu)與地下室“相關(guān)部位”（地上結(jié)構(gòu)外擴(kuò)不超過三跨的地下室范圍）構(gòu)件一起進(jìn)行整體分析，按照高規(guī)附錄e.0.1進(jìn)行剪切剛度比的計(jì)算，如果地下一層“相關(guān)部位”構(gòu)件剪切剛度與上層剪切剛度比大于2，地下室頂板可以作為上部結(jié)構(gòu)的嵌固端。
如果地下一層“相關(guān)部位”構(gòu)件剪切剛度與上層剪切剛度比不大于2時(shí)，地下室頂板無法作為上部結(jié)構(gòu)嵌固部位，嵌固端下移，移動(dòng)的嵌固端位置應(yīng)該為地下室底板，此時(shí)規(guī)范設(shè)計(jì)嵌固端也就是計(jì)算嵌固端，不應(yīng)將中間某層設(shè)置為嵌固端所在的樓層。是否能在地下室中間某樓層嵌固，規(guī)范并沒有給出相關(guān)的計(jì)算條件，不能直接按照下層比上層剪切剛度比大于2去判定嵌固，還需要考慮下層為地下室這一容易被設(shè)計(jì)師所忽略的隱含重要信息，正如上部結(jié)構(gòu)計(jì)算中不能認(rèn)為某一層與上層剛度比大于2，就將該層位置作為嵌固一個(gè)道理。規(guī)范沒有表明在地下室中間樓層位置嵌固的條件，不能盲目擴(kuò)大剪切剛度2倍的使用范圍。因此，如果地下室頂板不能作為上部結(jié)構(gòu)的嵌固端時(shí)，應(yīng)將嵌固端移至結(jié)構(gòu)的最底部，即地下室底板。
頂板嵌固相關(guān)問題
1.上部結(jié)構(gòu)的配筋及指標(biāo)控制
由于土體約束的不確定性，應(yīng)盡量通過調(diào)整結(jié)構(gòu)布置，滿足地下室頂板嵌固的剪切剛度比要求，保證地下室頂板作為上部結(jié)構(gòu)的嵌固端。當(dāng)?shù)叵率翼敯鍨樯喜拷Y(jié)構(gòu)的嵌固部位時(shí)，應(yīng)按取消掉地下室進(jìn)行上部結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分析、配筋設(shè)計(jì)及規(guī)范相關(guān)控制指標(biāo)的判定。地下室部分不進(jìn)行地震作用的分析，上部結(jié)構(gòu)計(jì)算的剪力即基底剪力通過地下室的頂板直接傳遞給地下室，在地下土體約束作用下，上部地震作用僅僅傳給地下一層，不再向下傳遞。諸如，剛度比、剛重比、剪重比、周期比、位移比及層間位移角指標(biāo)，也應(yīng)該是在取消掉地下室的模型上計(jì)算得到的，并與規(guī)范限值進(jìn)行比較。
2.地下室地震作用分析
按照高規(guī)3.9.5條的相關(guān)要求，地下室頂板作為上部結(jié)構(gòu)嵌固部位時(shí)，規(guī)范要求地震作用下結(jié)構(gòu)的屈服部位發(fā)生在地上樓層，同時(shí)將影響地下一層，地面以下結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)由于土體作用逐漸減小，規(guī)定地下一層抗震等級(jí)不降低，地下一層以下不要求計(jì)算地震作用，其抗震構(gòu)造措施抗震等級(jí)逐層降低。規(guī)范認(rèn)為當(dāng)?shù)叵率翼敯迩豆桃院?，按正?fù)0以上結(jié)構(gòu)計(jì)算的地震剪力，通過滿足加強(qiáng)措施的地下室頂板傳遞給全部地下室，并主要由地下一層構(gòu)件承擔(dān)。
3.地下室土體約束的考慮
用于判斷地下室頂板是否嵌固的剪切剛度與土體約束無關(guān)，但土體約束影響結(jié)構(gòu)整體計(jì)算的剛度及內(nèi)力，進(jìn)而影響配筋。地下室層土體約束大小規(guī)范并沒有給出具體值，當(dāng)前設(shè)計(jì)一般都按照彈簧方式模擬土體作用，在satwe軟件中可以通過填寫定義地下室，并填寫“x、y方向土層水平抗力系數(shù)的比例系數(shù)m值”來反映土體的這種約束作用。m值按照《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》jgj94-2008（以下簡稱“樁基規(guī)范”）中表5.7.5的灌注樁對(duì)應(yīng)的地基土類型去確定，m值越大，對(duì)應(yīng)的土體對(duì)結(jié)構(gòu)整體的約束作用越強(qiáng)。如果m值填寫為負(fù)值，比如三層地下室填寫m=-3，代表地下兩層在x、y兩個(gè)水平方向?qū)崿F(xiàn)完全的嵌固，地下室不產(chǎn)生水平位移，但土體不會(huì)約束轉(zhuǎn)動(dòng)方向位移，地下室會(huì)產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)方向的轉(zhuǎn)角變形。
4.地下室構(gòu)件配筋的加強(qiáng)措施
對(duì)地下室頂板嵌固的結(jié)構(gòu)，為保證塑性鉸不要出現(xiàn)在地下室，而出現(xiàn)在地上樓層，規(guī)范要求地下室結(jié)構(gòu)的剛度和承載力做適當(dāng)加強(qiáng)。地下室頂板滿足梁板體系、最小板厚180、混凝土標(biāo)號(hào)大于c30、最小配筋率0.25%等構(gòu)造要求；地下一層梁、柱、墻等構(gòu)件抗彎承載力做了提高，要求嵌固端下一層柱構(gòu)件配筋單側(cè)配筋是上層柱單側(cè)配筋的1.1倍，梁構(gòu)件支座部位按組合彎矩乘以1.3進(jìn)行配筋，墻體邊緣構(gòu)件要求本來可設(shè)置構(gòu)造邊緣構(gòu)件的，但要求縱筋面積不小于上層約束邊緣構(gòu)件縱筋面積。同時(shí)地下室構(gòu)件配筋還要滿足計(jì)算要求。
頂板不嵌固相關(guān)問題
1.地下室頂板不嵌固的內(nèi)力分析與配筋設(shè)計(jì)
抗規(guī)6.1.10.3強(qiáng)調(diào)了當(dāng)結(jié)構(gòu)計(jì)算嵌固端位于地下一層的底板或以下時(shí)，底部加強(qiáng)部位宜向下延伸到計(jì)算嵌固端。當(dāng)?shù)叵率翼敯鍩o法作為上部結(jié)構(gòu)的嵌固端時(shí)，規(guī)范要求嵌固端下移，此時(shí)一般設(shè)計(jì)師會(huì)直接將地下室和上部結(jié)構(gòu)一起建模計(jì)算，按照樁基規(guī)范填寫x、y方向土層水平抗力系數(shù)的比例系數(shù)m值，完成上部與地下室的配筋。在配筋設(shè)計(jì)階段嵌固端所在的層號(hào)對(duì)配筋處理有較大影響。
如果是一層地下室，嵌固端填寫1與2計(jì)算內(nèi)力及配筋結(jié)果完全一樣，導(dǎo)致很多設(shè)計(jì)師不用為了滿足頂板嵌固而加大地下室墻柱構(gòu)件的截面，直接將嵌固端放在地下室底板。對(duì)一層地下室結(jié)構(gòu)，嵌固端位置不同，雖然計(jì)算結(jié)果完全一致，但不符合規(guī)范精神，應(yīng)盡量通過加大地下室相關(guān)范圍構(gòu)件截面尺寸，做到在地下室頂板嵌固。
帶多層地下室結(jié)構(gòu)，假如有4層，頂板若不嵌固，設(shè)計(jì)師會(huì)將嵌固端下移到地下一層底板作為嵌固端，此時(shí)，地下一層底板能否作為嵌固端，需要根據(jù)剪切剛度比去判斷，部分設(shè)計(jì)師以地下二層剪切剛度與地下一層剪切剛度比是否大于2來判斷是否嵌固，也有部分設(shè)計(jì)師以地下二層與地上一層剪切剛度比是否大于2判斷是否嵌固。這樣就有“嵌固端所在層號(hào)”為地下室中間某層，2或3或4等多種情況，按照規(guī)范若頂板不嵌固，應(yīng)該只有嵌固端所在層號(hào)為1這種情況。在satwe計(jì)算中如果將地下室與上部結(jié)構(gòu)一起計(jì)算，填寫嵌固端所在層號(hào)為3，內(nèi)力分析與嵌固端所在層號(hào)填寫無關(guān)，配筋設(shè)計(jì)時(shí)，考慮底部加強(qiáng)區(qū)下延，約束邊緣構(gòu)件延伸到嵌固端層，相應(yīng)樓板、梁及柱對(duì)應(yīng)的構(gòu)造及配筋均做加強(qiáng)處理，柱單側(cè)配筋1.1放大一直延伸到嵌固端，梁支座彎矩1.3放大不僅放大地下一層位置的，也放大嵌固端所在層號(hào)下一層的。當(dāng)然對(duì)于地上結(jié)構(gòu)配筋很多設(shè)計(jì)師由于把握不準(zhǔn)確土約束大小，而采取了按照帶地下室模型整體計(jì)算與不帶地下室模型計(jì)算，對(duì)上部配筋包絡(luò)設(shè)計(jì)。
2.地下室頂板不嵌固的結(jié)構(gòu)指標(biāo)控制
由于土體約束的不確定性，雖然可以按照樁基規(guī)范表5.7.5去填寫，但這是一個(gè)范圍，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析時(shí)，設(shè)計(jì)師對(duì)相同的土體約束情況可能賦予不同的m值，這樣會(huì)導(dǎo)致計(jì)算模型由于不同的剛度而引起各項(xiàng)指標(biāo)可能有差別。設(shè)計(jì)中關(guān)注的結(jié)構(gòu)整體指標(biāo)位移角、基底剪力、剛重比與結(jié)構(gòu)樓層指標(biāo)層剛度比、位移比、剪重比等這些指標(biāo)就很難把握。部分設(shè)計(jì)師可能認(rèn)為考慮地下室土體約束情況，計(jì)算的各項(xiàng)指標(biāo)更準(zhǔn)確，但由于土體約束的不準(zhǔn)確，此結(jié)果與規(guī)范限值控制需要的計(jì)算模型結(jié)果是不對(duì)等的。因此，即使地下室頂板不嵌固，在進(jìn)行這類結(jié)構(gòu)指標(biāo)控制的時(shí)候，建議還是按照取消掉地下室的模型進(jìn)行控制。
與嵌固端相關(guān)細(xì)部問題
1.底部加強(qiáng)區(qū)的確定及軟件處理
抗規(guī)6.1.10、高規(guī)7.1.4及對(duì)應(yīng)條文說明對(duì)結(jié)構(gòu)底部加強(qiáng)區(qū)的確定綜合可概括如下。如果是地下室頂板嵌固，底部加強(qiáng)區(qū)為：max（h/10，頂板算起底部兩層，有裙房層數(shù)時(shí)裙房層數(shù)加1，有轉(zhuǎn)換層層數(shù)時(shí)轉(zhuǎn)換層層數(shù)加2）；如果是地下室頂板不嵌固，嵌固端下移，底部加強(qiáng)區(qū)下延，此時(shí)的h始終從地下室頂板算起。
軟件在處理規(guī)范這條時(shí)不完全與規(guī)范一致，對(duì)于h的取值，如果頂板嵌固，從正負(fù)0算起，如果嵌固端下移，h高度跟著下延。同時(shí)由于規(guī)范要求嵌固端下一層構(gòu)造邊緣構(gòu)件縱筋大于上層約束邊緣構(gòu)件縱筋，軟件對(duì)于底部加強(qiáng)區(qū)按照上述方式確定以后還下延一層。當(dāng)然對(duì)于底部加強(qiáng)區(qū)高度也允許設(shè)計(jì)師進(jìn)行任意樓層指定干預(yù)，如圖1所示。
圖1 底部加強(qiáng)區(qū)人工干預(yù)圖
2.地下室頂板嵌固剛度比的判斷及軟件處理
地下室頂板是否嵌固時(shí)，需判斷地下一層“相關(guān)范圍”內(nèi)樓層剪切剛度與上層的剪切剛度比，按照抗規(guī)6.1.14.2、高規(guī)5.3.7及高規(guī)附錄e.0.1可知，該剪切剛度比僅與層高、豎向構(gòu)件截面尺寸有關(guān)，與土體約束無關(guān)。
在使用satwe軟件進(jìn)行該項(xiàng)判斷時(shí)，需要帶地下室模型做整體分析，m值默認(rèn)即可，因?yàn)榇酥挡挥绊懠羟袆偠缺鹊挠?jì)算。程序在計(jì)算剪切剛度比的時(shí)候采用的是本層剛度與下一層的剛度比，因此，如果查看地下室頂板能否嵌固，帶著地下室計(jì)算，查看正負(fù)0 層剪切剛度比ratx與raty兩值是否小于0.5來判定。
3.嵌固端抗震等級(jí)確定及軟件處理
按照抗規(guī)6.1.3及高規(guī)3.9.5，地下室頂板嵌固以后，地下一層相關(guān)范圍內(nèi)抗震等級(jí)同上部結(jié)構(gòu)。地下一層及以下抗震構(gòu)造措施抗震等級(jí)逐層降低，但不應(yīng)低于四級(jí)，地下室超出上部主樓相關(guān)范圍且無上部結(jié)構(gòu)的部分，其抗震等級(jí)可根據(jù)具體情況采用三級(jí)或四級(jí)；頂板嵌固以后，地震剪力從上部僅傳給地下一層，不再向下傳遞，實(shí)際上是抗震構(gòu)造措施抗震等級(jí)為三級(jí)或四級(jí)。
在satwe軟件中默認(rèn)地下室構(gòu)件抗震等級(jí)同上部結(jié)構(gòu)的抗震等級(jí)，對(duì)嵌固端以下抗震構(gòu)造措施抗震等級(jí)可逐層降低，如圖2所示。在實(shí)際設(shè)計(jì)中對(duì)于地下一層及以下需要手工修改抗震等級(jí)及抗震構(gòu)造措施的抗震等級(jí)，如圖3所示。
圖2 抗震構(gòu)造措施抗震等級(jí)逐層降低選項(xiàng)圖
圖3 抗震等級(jí)及抗震構(gòu)造措施抗震等級(jí)修改圖
4.嵌固端相關(guān)結(jié)構(gòu)底部薄弱層判斷及軟件處理
高規(guī)3.5.2對(duì)底部嵌固層是否是薄弱層提出了較高的要求，由于底部嵌固層層間位移角結(jié)果較小，規(guī)范對(duì)其與上一層側(cè)向剛度比做了150%的要求。此處側(cè)向剛度比指的是層剪力與層間位移的比值，如果有土體作用，該比值與土體約束有關(guān)。設(shè)計(jì)中需正確的處理結(jié)構(gòu)模型，正確進(jìn)行首層剛度比的計(jì)算，并進(jìn)行首層是否是薄弱層的判定。
satwe軟件中為了正確的去判斷首層是否是薄弱層，需要取消掉地下室去計(jì)算首層與上層的剛度比。程序?qū)τ诟咭?guī)3.5.2的執(zhí)行僅僅針對(duì)結(jié)構(gòu)建模計(jì)算的首層執(zhí)行剛度比150%的較高要求。需要注意的是，如果帶地下室計(jì)算，程序僅對(duì)結(jié)構(gòu)地下室最底部按照150%控制剛度比，對(duì)正負(fù)0這一層并不會(huì)執(zhí)行規(guī)范的這條要求。直接查看3.1.6版本軟件輸出的首層的ratx2與raty2，查看這兩個(gè)值是否大于1.5進(jìn)行薄弱層的判斷（注意：2.2及以前版本這個(gè)剛度比已經(jīng)考慮1.5的值，直接與1比較即可）。
5.嵌固端相關(guān)底層剪力及傾覆力矩計(jì)算及軟件處理
高規(guī)4.3.12與抗規(guī)5.2.5對(duì)結(jié)構(gòu)的底部最小剪力均提出了要求，要進(jìn)行規(guī)范這項(xiàng)最小剪重比的判斷，需要準(zhǔn)確計(jì)算結(jié)構(gòu)底部剪力?？挂?guī)和高規(guī)中要求通過計(jì)算的框架柱所占的傾覆力矩的比例確定相應(yīng)的框剪結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法，傾覆力矩的計(jì)算是指嵌固端所在層即正負(fù)0處的計(jì)算結(jié)果。
satwe軟件為了準(zhǔn)確的考慮上部結(jié)構(gòu)的剪力及傾覆力矩，在上部結(jié)構(gòu)和地下室一起共同計(jì)算時(shí)，考慮地下室回填土的剛度貢獻(xiàn)，但是有效質(zhì)量系數(shù)的計(jì)算程序是不考慮地下室的，僅僅按照上部結(jié)構(gòu)去統(tǒng)計(jì)有效質(zhì)量系數(shù)。按照滿足上部有效質(zhì)量系數(shù)90%下計(jì)算的地下室頂板處的基底剪力進(jìn)行最小剪重比調(diào)整及傾覆力矩的計(jì)算，底層傾覆力矩是嵌固端所在層的傾覆力矩。
6.嵌固端相關(guān)轉(zhuǎn)換柱的彎矩放大
高規(guī)10.2.11中要求對(duì)于一、二級(jí)轉(zhuǎn)換柱的頂上端和下端彎矩組合值分部乘以放大系數(shù)1.5,1.3。設(shè)計(jì)師需要注意，按照規(guī)范體系，轉(zhuǎn)換柱這條的放大需要正確理解嵌固端情況下執(zhí)行，正確定義轉(zhuǎn)換柱。
在satwe程序中需要正確定義轉(zhuǎn)換柱，程序才可以按照規(guī)范要求正確放大其頂部和底部，需要設(shè)計(jì)師注意的是，如果帶地下室計(jì)算，轉(zhuǎn)換柱底部定義到正負(fù)0 層即可，不要延伸到地下室，否則規(guī)范要求的放大沒有正確執(zhí)行。如果不帶地下室，就應(yīng)該定義轉(zhuǎn)換柱從正負(fù)0到轉(zhuǎn)換柱頂。
7.嵌固端相關(guān)剪力墻軸壓比、邊緣構(gòu)件判斷及軟件處理
設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)中發(fā)現(xiàn)不帶地下室計(jì)算的剪力墻軸壓比基本符合從底到頂軸壓比逐漸減小，但是帶地下室以后，導(dǎo)致剪力墻軸壓比分布與概念判斷不太相符，這主要是由于地下室土體約束引起的，土體約束導(dǎo)致地下首層剛度突變，剪力墻分擔(dān)的恒活荷載也變化，進(jìn)而引起軸壓比在正負(fù)0處也會(huì)發(fā)生突變。對(duì)于剪力墻軸壓比計(jì)算是采用重力荷載代表值作用下的軸力，恒活作用下的軸力與結(jié)構(gòu)剛度有關(guān)，與土體約束有關(guān)。
satwe軟件中，程序僅判斷嵌固端所在樓層的剪力墻軸壓比是否滿足可設(shè)置構(gòu)造邊緣構(gòu)件的條件。如果帶地下室計(jì)算，即使嵌固端以上樓層軸壓比大于表7.2.14的限值，嵌固層軸壓比小于表7.2.14要求，程序仍然會(huì)一律設(shè)置構(gòu)造邊緣構(gòu)件。在軟件中參數(shù)設(shè)置如圖4所示。
圖4 按抗規(guī)6.4.5是否設(shè)置構(gòu)造邊緣構(gòu)件
8.嵌固端相關(guān)強(qiáng)柱根調(diào)整及軟件處理
為了提高結(jié)構(gòu)安全度，高規(guī)6.2.2要求對(duì)于底層柱彎矩進(jìn)行放大（強(qiáng)柱根調(diào)整），以加強(qiáng)底層柱下端的實(shí)際受彎承載力，推遲塑性鉸的出現(xiàn)。此處底層柱彎矩方法系數(shù)應(yīng)該僅僅對(duì)結(jié)構(gòu)正負(fù)0的底層柱進(jìn)行放大即可。
satwe軟件對(duì)地上一層、嵌固端和地下室底層的柱底彎矩都做了調(diào)整。如果建模計(jì)算中地下室參與結(jié)構(gòu)整體分析，不論地下室頂板是否達(dá)到嵌固要求與否，地上一層天然存在一個(gè)或強(qiáng)或弱的被嵌固效果。地震災(zāi)害分析報(bào)告中絕大多數(shù)工程的地上一層都屬于結(jié)構(gòu)的最薄弱部位，極少見到地下室結(jié)構(gòu)發(fā)生嚴(yán)重破壞的。為確保工程安全，軟件按此進(jìn)行控制雖然是保守的，但是必要的。
9.嵌固端相關(guān)部位梁、柱、墻配筋放大及軟件處理
按照抗規(guī)6.1.14及高規(guī)12.2.1可知，對(duì)于地下室頂板作為上部結(jié)構(gòu)嵌固端時(shí)，嵌固端下層的梁端實(shí)配抗震受彎承載力大于地上柱下端實(shí)配抗震受彎承載力的1.3倍；柱嵌固端下層柱單側(cè)配筋不小于地上一層柱的1.1倍；墻嵌固端下層邊緣構(gòu)件縱筋面積不小于地下一層對(duì)應(yīng)墻肢邊緣構(gòu)件的縱筋面積。
satwe軟件對(duì)地下一層即嵌固端下一層柱構(gòu)件配筋單側(cè)配筋取上層柱單側(cè)配筋的1.1倍與自身計(jì)算的大值，柱上下截面形式不一致時(shí)，程序不會(huì)自動(dòng)做這個(gè)1.1放大。地下一層梁支座部位程序按組合后的彎矩乘以1.3進(jìn)行配筋，未完全按照規(guī)范要求進(jìn)行處理，同時(shí)這個(gè)放大也是有條件的，需要梁的兩端均有豎向構(gòu)件相連，并且梁端上部也需要有柱，同時(shí)還要滿足地震作用組合，同時(shí)滿足這三個(gè)條件，才執(zhí)行端部1.3放大。地下一層墻體邊緣構(gòu)件要求本來可設(shè)置構(gòu)造邊緣構(gòu)件的，但程序判斷該層為底部加強(qiáng)區(qū)，認(rèn)為屬于約束邊緣構(gòu)件，在滿足自身計(jì)算配筋的同時(shí)，取縱筋面積不小于上層約束邊緣構(gòu)件縱筋面積，兩者取大。
如果嵌固端不在地下室頂板，則嵌固端下移，如果嵌固端移到結(jié)構(gòu)最底部，比如有四層地下室，則地下四層柱配筋均取地上一層柱單側(cè)配筋1.1倍與計(jì)算的大值。對(duì)于梁端配筋，不僅地下室頂板梁支座部位按組合后的彎矩乘以1.3進(jìn)行配筋，嵌固端所在層梁端支座也按照組合彎矩乘以1.3進(jìn)行配筋。由于嵌固端下延，地下室均設(shè)置約束邊緣構(gòu)件，且配筋均取首層約束邊緣構(gòu)件配筋與自身計(jì)算配筋的大值。放大處理的理由是，與柱底設(shè)計(jì)內(nèi)力的放大原則設(shè)計(jì)理念相同，一句話概括為：“地下室頂板處總是按照嵌固端設(shè)計(jì)”。
結(jié)束語
高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，由于土體的不確定性，結(jié)合規(guī)范要求，分析了關(guān)于內(nèi)力、配筋及指標(biāo)等各方面的問題，建議結(jié)構(gòu)的嵌固端盡量設(shè)置在地下室頂板，如果無法在頂板滿足下層與上層剪切剛度比不大于2，嵌固端下移至地下室底板。對(duì)于土體的約束如果輸入m值，程序可以按照輸入的值，體現(xiàn)土對(duì)結(jié)構(gòu)的約束作用。實(shí)際設(shè)計(jì)中，無論選擇地下室頂板還是結(jié)構(gòu)最部位作為結(jié)構(gòu)嵌固端，程序都通過相應(yīng)的措施對(duì)梁、柱、墻及板配筋做了有針對(duì)性的加強(qiáng)，確保塑性鉸盡可能出現(xiàn)在結(jié)構(gòu)正負(fù)0，避免塑性鉸向下延伸。本文同時(shí)結(jié)合設(shè)計(jì)師常用的satwe設(shè)計(jì)軟件對(duì)于嵌固端相關(guān)問題的處理及理解進(jìn)行了詳細(xì)的分析，供設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)中參考。