結構嵌固端的形成或者說上部結構對嵌固端的要求,在工程設計中還可引伸出若干相關的技術問題及其正確的設計方法,以下將分別探討。
(1)單層地下室
當高層建筑僅設單層地下室且底板采用天然地基筏板基礎或樁一筏基礎時,通常選擇基礎底板而非首層作為結構嵌固端,這有利于充分利用其基礎的“無限”剛度,為首層樓面的靈活結構選型創(chuàng)造條件,即使是首層樓面留有大孔洞,或選用無梁樓蓋結構,都不影響結構計算的準確性。此外,規(guī)范規(guī)定地下室負一層的抗震等級與上部結構必須一致,以基礎底板作為嵌固端不會造成地下室結構造價的提高,反而可能取得較好的經(jīng)濟效益。即使單層地下室底板是以樁為基礎的普通梁板結構,一般情況下仍然取底板處為結構嵌固端,例外的是地下室作為抗爆級別較高的防空地下室時,其頂板通常具有作為結構嵌固端的剛度,因此可取其作為上部結構的嵌固端,如圖1所示。
(2)投影面積比例
高層塔樓在地下室頂板上的投影面積比例大小對首層作為嵌固端的結構有著不同的影響。圖2中當該比例*1時,若首層樓面符合作為嵌固端的其它條件,則該首層作為結構嵌固端就毫無疑問了,但當上述投影面積比例<<1時,說明地下室側限遠離塔樓,塔樓發(fā)生的側向位移將波及首層樓面并使其發(fā)生變形,即使變形量很小,但嚴格說來首層作為嵌固端的剛度必然小于前一種情況,且變形又增大了上部結構側移的計算值,同時首層骨架構件也會由于自身的變形而產生附加內力。作為有經(jīng)驗的結構工程師,在實際設計中都會根據(jù)工程實際情況予以鑒別并作出相應的結構處理。
(3)大底盤多塔樓大底盤
多塔樓大多為商住樓,而且由于商用及居住性質不同,對柱網(wǎng)的要求也不同,故通常需設置結構轉換層。當大底盤的商用部分層數(shù)不多(如僅1—2層),且結構轉換層設于大底盤的屋頂標高處時,塔樓的嵌固端就可考慮取在大底盤的屋頂處,至少在塔樓初算時可以如此假定。
這一考慮基于以下兩點:
①既然屬大底盤,其樓層面積肯定大于塔樓的投影面積,加上大底盤屋頂設置轉換層,故大底盤的樓層平面剛度遠大于塔樓的樓層剛度;
②轉換層之上通常為剪力墻、部分短肢剪力墻或異形柱一短肢剪力墻結構,為使轉換層上下部的側向剛度相近,大底盤部分肯定要將原位剪力墻增厚或增加新的剪力墻,從而使塔樓下的大底盤部分具有足夠的側向剛度。目前高層建筑結構計算軟件的功能已較為完善,因此大底盤多塔樓建筑均以整體結構進行計算,其嵌固端也不像結構初算階段選擇在大底盤屋頂標高處。
(1)單層地下室
當高層建筑僅設單層地下室且底板采用天然地基筏板基礎或樁一筏基礎時,通常選擇基礎底板而非首層作為結構嵌固端,這有利于充分利用其基礎的“無限”剛度,為首層樓面的靈活結構選型創(chuàng)造條件,即使是首層樓面留有大孔洞,或選用無梁樓蓋結構,都不影響結構計算的準確性。此外,規(guī)范規(guī)定地下室負一層的抗震等級與上部結構必須一致,以基礎底板作為嵌固端不會造成地下室結構造價的提高,反而可能取得較好的經(jīng)濟效益。即使單層地下室底板是以樁為基礎的普通梁板結構,一般情況下仍然取底板處為結構嵌固端,例外的是地下室作為抗爆級別較高的防空地下室時,其頂板通常具有作為結構嵌固端的剛度,因此可取其作為上部結構的嵌固端,如圖1所示。
(2)投影面積比例
高層塔樓在地下室頂板上的投影面積比例大小對首層作為嵌固端的結構有著不同的影響。圖2中當該比例*1時,若首層樓面符合作為嵌固端的其它條件,則該首層作為結構嵌固端就毫無疑問了,但當上述投影面積比例<<1時,說明地下室側限遠離塔樓,塔樓發(fā)生的側向位移將波及首層樓面并使其發(fā)生變形,即使變形量很小,但嚴格說來首層作為嵌固端的剛度必然小于前一種情況,且變形又增大了上部結構側移的計算值,同時首層骨架構件也會由于自身的變形而產生附加內力。作為有經(jīng)驗的結構工程師,在實際設計中都會根據(jù)工程實際情況予以鑒別并作出相應的結構處理。
(3)大底盤多塔樓大底盤
多塔樓大多為商住樓,而且由于商用及居住性質不同,對柱網(wǎng)的要求也不同,故通常需設置結構轉換層。當大底盤的商用部分層數(shù)不多(如僅1—2層),且結構轉換層設于大底盤的屋頂標高處時,塔樓的嵌固端就可考慮取在大底盤的屋頂處,至少在塔樓初算時可以如此假定。
這一考慮基于以下兩點:
①既然屬大底盤,其樓層面積肯定大于塔樓的投影面積,加上大底盤屋頂設置轉換層,故大底盤的樓層平面剛度遠大于塔樓的樓層剛度;
②轉換層之上通常為剪力墻、部分短肢剪力墻或異形柱一短肢剪力墻結構,為使轉換層上下部的側向剛度相近,大底盤部分肯定要將原位剪力墻增厚或增加新的剪力墻,從而使塔樓下的大底盤部分具有足夠的側向剛度。目前高層建筑結構計算軟件的功能已較為完善,因此大底盤多塔樓建筑均以整體結構進行計算,其嵌固端也不像結構初算階段選擇在大底盤屋頂標高處。