一、前言
嵌固端的定義，若按計(jì)算模型而言，是指除能承受軸力（N）、彎矩（M）、剪力（V）之外，U（X方向水平位移）、V（Y方向水平位移）、ω（豎向位移）、θ（轉(zhuǎn)角位移）均為零的部位，若按在地震作用下的屈服機(jī)制而言，就是預(yù)期塑性鉸出現(xiàn)的部位。確定嵌固端就是通過(guò)剛度和承載力調(diào)整，迫使塑性鉸在該預(yù)期部位出現(xiàn)，并能承擔(dān)上部結(jié)構(gòu)在該處屈服超強(qiáng)引起的極限彎矩和出現(xiàn)塑性鉸時(shí)的最大剪力以及相應(yīng)的最大最小的軸向力。由此可知，嵌固端的選取和處理直接影響結(jié)構(gòu)體系的受力與變形狀態(tài)。所以在抗震設(shè)計(jì)中，恰當(dāng)和正確對(duì)待嵌固端的選取和處理問(wèn)題，對(duì)保證結(jié)構(gòu)體系的可靠性具有重要意義。
嵌固端位置的選取與基礎(chǔ)的型式和埋深相關(guān)連，一般情況選取在基礎(chǔ)的頂面。眾所周知，小高層建筑以承受水平風(fēng)荷載或水平地震作用為主，為保證穩(wěn)定和抗傾覆能力，必須考慮基礎(chǔ)的有效埋置深度。多層建筑以承受豎向荷載為主，一般可不考慮基礎(chǔ)有效埋置深度的要求。但是往往由于建筑物的類(lèi)型和用途（對(duì)不均勻沉降的敏感性，是否有地下管道和設(shè)備基礎(chǔ)等）；作用在地基上的荷載大小和性質(zhì)；工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件（持力層的埋深，地下水性質(zhì)和埋深等）；相鄰房屋和構(gòu)筑物的基礎(chǔ)埋置深度；季節(jié)性?xún)鐾恋鼗膬雒浐腿谙莸纫蛩氐闹萍s，使框架基礎(chǔ)埋置深度較大，引起底層柱的長(zhǎng)度相應(yīng)增加較多。當(dāng)無(wú)地下室時(shí)，如底層柱斷面尺寸不變，相對(duì)相鄰上層柱的線剛度減小，影響水平位移的控制。如保持線剛度不變，比起相鄰上層柱需增大底層柱的斷面尺寸。加之柱子埋在土中，不能充分利用其圍合的空間，經(jīng)濟(jì)效益無(wú)法合理體現(xiàn)。這一情況，在設(shè)計(jì)中經(jīng)常出現(xiàn)，至今沒(méi)有很好解決。為此，提出了基礎(chǔ)埋置深度與結(jié)構(gòu)計(jì)算嵌固端可否分開(kāi)考慮的問(wèn)題？作以下研究探討。
二、嵌固端部位選取的原則
1、嵌固端部位必須在滿足基礎(chǔ)有效埋置深度或可靠埋置深度的前提下選取，其位置可在基礎(chǔ)頂面也可以高于基礎(chǔ)頂面。
2、嵌固端部位選取高于基礎(chǔ)頂面時(shí)，其選取的位置應(yīng)接合室內(nèi)地溝布置和埋深情況不宜高出室外地面。若高出室外地面，其高差不得大于所設(shè)邊梁的梁高。且必須使嵌固部位的下部和基礎(chǔ)之間有不超過(guò)一層的完整的框架結(jié)構(gòu)體系，并在地震作用下保持彈性工作狀態(tài)。
3、嵌固部位下部和基礎(chǔ)之間的框架結(jié)構(gòu)體系應(yīng)有足夠的承載力和側(cè)向剛度，能夠抵抗上部框架結(jié)構(gòu)在嵌固部位產(chǎn)生的嵌固端彎矩、剪力和軸力的作用。避免柱塑性鉸向下轉(zhuǎn)移。
三、嵌固端部位高于基礎(chǔ)頂面時(shí)的處理措施
1、嵌固部位下部的框架體系，其抗震等級(jí)應(yīng)按上部結(jié)構(gòu)采用。在多遇地震作用下應(yīng)進(jìn)行抗震承載力驗(yàn)算。分別取包括和不包括嵌固端部位以下框架結(jié)構(gòu)體系兩種計(jì)算簡(jiǎn)圖，取其不利者控制嵌固端處及其以下部分框架梁柱配筋，使該處框架梁在其下部柱柱頂端左右形成的約束彎矩設(shè)計(jì)值之和不小于嵌固端部位上層柱的下端實(shí)際嵌固彎矩的設(shè)計(jì)值。
2、嵌固端部位以下的框架結(jié)構(gòu)體系應(yīng)進(jìn)行罕遇地震下水平位移的驗(yàn)算。
3、嵌固端部位以下的框架結(jié)構(gòu)體系側(cè)向剛度，不應(yīng)小于相鄰上部結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度的2倍。側(cè)向剛度按主體結(jié)構(gòu)計(jì)算，以樓層剪力與該樓層之間位移的比值控制。
4、如為柱下單獨(dú)基礎(chǔ)（包括樁基），應(yīng)沿兩個(gè)主軸方向設(shè)置基礎(chǔ)系梁并納入框架計(jì)算，配筋方式及構(gòu)造要求同框架梁。
5、嵌固端部位以下的框架柱的截面應(yīng)等于或大于對(duì)應(yīng)相鄰上部結(jié)構(gòu)的柱截面。每側(cè)實(shí)際縱向配筋面積，除應(yīng)滿足計(jì)算要求外，還不應(yīng)小于嵌固端部位上部相鄰柱每側(cè)實(shí)配縱向鋼筋面積的1.1倍。
6、嵌固端部位處框架梁，及其以下框架柱，基礎(chǔ)系梁的箍筋全跨全高加密，間距不應(yīng)大于100mm。
7、調(diào)整基礎(chǔ)埋置深度，使嵌固端部位以下的柱高相等。優(yōu)先使柱的剪跨比大于2。當(dāng)柱剪跨比不大于2但不小于1.5時(shí)，軸壓比限值比一般柱降低0.05 （《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》JGJ3-2002，以下簡(jiǎn)稱(chēng)《高規(guī)》第6.4.2條注3）；抗震等級(jí)為一級(jí)時(shí)，柱單側(cè)縱受拉鋼筋的配筋率不宜大于 1.2%（《高規(guī)》第6.4.4條第4款）；應(yīng)使其斜截面受剪承載力滿足《高規(guī)》第6.2.9條第2款的要求；箍筋應(yīng)沿柱全高加密，間距不應(yīng)大于 100mm，一級(jí)時(shí)尚不應(yīng)大于6倍的縱向鋼筋直徑（《高規(guī)》第6.4.3條第2款第3項(xiàng)）；柱加密區(qū)范圍內(nèi)箍筋的體積配筋率不應(yīng)小于1.2%，設(shè)防烈度為 9度時(shí)，不應(yīng)小于1.5%（《高規(guī)》第6.4..7條第3款）；梁柱節(jié)點(diǎn)核芯區(qū)的體積配箍率不應(yīng)小于上下柱端的較大值。當(dāng)柱剪跨比小于1.5時(shí)，從經(jīng)濟(jì)效益和技術(shù)可靠性出發(fā)，將嵌固端部位直接設(shè)置在基礎(chǔ)頂面。
8、嵌固端部位處以下及基礎(chǔ)底面以上的高度及距周邊基礎(chǔ)外邊緣1.5米包絡(luò)范圍內(nèi)回填土的壓實(shí)系數(shù)λc及檢測(cè)要求，按《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》（JGJ79-2003）執(zhí)行，若嵌固端部位高出室外地面時(shí)，應(yīng)在該水平面處設(shè)置厚度不宜小于180mm且雙層雙向配筋，每層每向配筋率不宜小于 0.25%的剛性地面。
四、結(jié)束語(yǔ)
無(wú)地下室的小高層及多層建筑，怎樣合理考慮嵌固端部位的選取和處理問(wèn)題？成為設(shè)計(jì)關(guān)注的課題歷時(shí)已久。由于工程具體情況的多樣性和復(fù)雜性各異，從技術(shù)性和經(jīng)濟(jì)性出發(fā)，很難也不可能只存在唯一的解決途徑，以至于目前尚無(wú)統(tǒng)一的看法，設(shè)計(jì)人員只能因地制宜根據(jù)自己掌握和理解的程度于以決斷，是否成立？仍需探討。
嵌固端的定義，若按計(jì)算模型而言，是指除能承受軸力（N）、彎矩（M）、剪力（V）之外，U（X方向水平位移）、V（Y方向水平位移）、ω（豎向位移）、θ（轉(zhuǎn)角位移）均為零的部位，若按在地震作用下的屈服機(jī)制而言，就是預(yù)期塑性鉸出現(xiàn)的部位。確定嵌固端就是通過(guò)剛度和承載力調(diào)整，迫使塑性鉸在該預(yù)期部位出現(xiàn)，并能承擔(dān)上部結(jié)構(gòu)在該處屈服超強(qiáng)引起的極限彎矩和出現(xiàn)塑性鉸時(shí)的最大剪力以及相應(yīng)的最大最小的軸向力。由此可知，嵌固端的選取和處理直接影響結(jié)構(gòu)體系的受力與變形狀態(tài)。所以在抗震設(shè)計(jì)中，恰當(dāng)和正確對(duì)待嵌固端的選取和處理問(wèn)題，對(duì)保證結(jié)構(gòu)體系的可靠性具有重要意義。
嵌固端位置的選取與基礎(chǔ)的型式和埋深相關(guān)連，一般情況選取在基礎(chǔ)的頂面。眾所周知，小高層建筑以承受水平風(fēng)荷載或水平地震作用為主，為保證穩(wěn)定和抗傾覆能力，必須考慮基礎(chǔ)的有效埋置深度。多層建筑以承受豎向荷載為主，一般可不考慮基礎(chǔ)有效埋置深度的要求。但是往往由于建筑物的類(lèi)型和用途（對(duì)不均勻沉降的敏感性，是否有地下管道和設(shè)備基礎(chǔ)等）；作用在地基上的荷載大小和性質(zhì)；工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件（持力層的埋深，地下水性質(zhì)和埋深等）；相鄰房屋和構(gòu)筑物的基礎(chǔ)埋置深度；季節(jié)性?xún)鐾恋鼗膬雒浐腿谙莸纫蛩氐闹萍s，使框架基礎(chǔ)埋置深度較大，引起底層柱的長(zhǎng)度相應(yīng)增加較多。當(dāng)無(wú)地下室時(shí)，如底層柱斷面尺寸不變，相對(duì)相鄰上層柱的線剛度減小，影響水平位移的控制。如保持線剛度不變，比起相鄰上層柱需增大底層柱的斷面尺寸。加之柱子埋在土中，不能充分利用其圍合的空間，經(jīng)濟(jì)效益無(wú)法合理體現(xiàn)。這一情況，在設(shè)計(jì)中經(jīng)常出現(xiàn)，至今沒(méi)有很好解決。為此，提出了基礎(chǔ)埋置深度與結(jié)構(gòu)計(jì)算嵌固端可否分開(kāi)考慮的問(wèn)題？作以下研究探討。
二、嵌固端部位選取的原則
1、嵌固端部位必須在滿足基礎(chǔ)有效埋置深度或可靠埋置深度的前提下選取，其位置可在基礎(chǔ)頂面也可以高于基礎(chǔ)頂面。
2、嵌固端部位選取高于基礎(chǔ)頂面時(shí)，其選取的位置應(yīng)接合室內(nèi)地溝布置和埋深情況不宜高出室外地面。若高出室外地面，其高差不得大于所設(shè)邊梁的梁高。且必須使嵌固部位的下部和基礎(chǔ)之間有不超過(guò)一層的完整的框架結(jié)構(gòu)體系，并在地震作用下保持彈性工作狀態(tài)。
3、嵌固部位下部和基礎(chǔ)之間的框架結(jié)構(gòu)體系應(yīng)有足夠的承載力和側(cè)向剛度，能夠抵抗上部框架結(jié)構(gòu)在嵌固部位產(chǎn)生的嵌固端彎矩、剪力和軸力的作用。避免柱塑性鉸向下轉(zhuǎn)移。
三、嵌固端部位高于基礎(chǔ)頂面時(shí)的處理措施
1、嵌固部位下部的框架體系，其抗震等級(jí)應(yīng)按上部結(jié)構(gòu)采用。在多遇地震作用下應(yīng)進(jìn)行抗震承載力驗(yàn)算。分別取包括和不包括嵌固端部位以下框架結(jié)構(gòu)體系兩種計(jì)算簡(jiǎn)圖，取其不利者控制嵌固端處及其以下部分框架梁柱配筋，使該處框架梁在其下部柱柱頂端左右形成的約束彎矩設(shè)計(jì)值之和不小于嵌固端部位上層柱的下端實(shí)際嵌固彎矩的設(shè)計(jì)值。
2、嵌固端部位以下的框架結(jié)構(gòu)體系應(yīng)進(jìn)行罕遇地震下水平位移的驗(yàn)算。
3、嵌固端部位以下的框架結(jié)構(gòu)體系側(cè)向剛度，不應(yīng)小于相鄰上部結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度的2倍。側(cè)向剛度按主體結(jié)構(gòu)計(jì)算，以樓層剪力與該樓層之間位移的比值控制。
4、如為柱下單獨(dú)基礎(chǔ)（包括樁基），應(yīng)沿兩個(gè)主軸方向設(shè)置基礎(chǔ)系梁并納入框架計(jì)算，配筋方式及構(gòu)造要求同框架梁。
5、嵌固端部位以下的框架柱的截面應(yīng)等于或大于對(duì)應(yīng)相鄰上部結(jié)構(gòu)的柱截面。每側(cè)實(shí)際縱向配筋面積，除應(yīng)滿足計(jì)算要求外，還不應(yīng)小于嵌固端部位上部相鄰柱每側(cè)實(shí)配縱向鋼筋面積的1.1倍。
6、嵌固端部位處框架梁，及其以下框架柱，基礎(chǔ)系梁的箍筋全跨全高加密，間距不應(yīng)大于100mm。
7、調(diào)整基礎(chǔ)埋置深度，使嵌固端部位以下的柱高相等。優(yōu)先使柱的剪跨比大于2。當(dāng)柱剪跨比不大于2但不小于1.5時(shí)，軸壓比限值比一般柱降低0.05 （《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》JGJ3-2002，以下簡(jiǎn)稱(chēng)《高規(guī)》第6.4.2條注3）；抗震等級(jí)為一級(jí)時(shí)，柱單側(cè)縱受拉鋼筋的配筋率不宜大于 1.2%（《高規(guī)》第6.4.4條第4款）；應(yīng)使其斜截面受剪承載力滿足《高規(guī)》第6.2.9條第2款的要求；箍筋應(yīng)沿柱全高加密，間距不應(yīng)大于 100mm，一級(jí)時(shí)尚不應(yīng)大于6倍的縱向鋼筋直徑（《高規(guī)》第6.4.3條第2款第3項(xiàng)）；柱加密區(qū)范圍內(nèi)箍筋的體積配筋率不應(yīng)小于1.2%，設(shè)防烈度為 9度時(shí)，不應(yīng)小于1.5%（《高規(guī)》第6.4..7條第3款）；梁柱節(jié)點(diǎn)核芯區(qū)的體積配箍率不應(yīng)小于上下柱端的較大值。當(dāng)柱剪跨比小于1.5時(shí)，從經(jīng)濟(jì)效益和技術(shù)可靠性出發(fā)，將嵌固端部位直接設(shè)置在基礎(chǔ)頂面。
8、嵌固端部位處以下及基礎(chǔ)底面以上的高度及距周邊基礎(chǔ)外邊緣1.5米包絡(luò)范圍內(nèi)回填土的壓實(shí)系數(shù)λc及檢測(cè)要求，按《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》（JGJ79-2003）執(zhí)行，若嵌固端部位高出室外地面時(shí)，應(yīng)在該水平面處設(shè)置厚度不宜小于180mm且雙層雙向配筋，每層每向配筋率不宜小于 0.25%的剛性地面。
四、結(jié)束語(yǔ)
無(wú)地下室的小高層及多層建筑，怎樣合理考慮嵌固端部位的選取和處理問(wèn)題？成為設(shè)計(jì)關(guān)注的課題歷時(shí)已久。由于工程具體情況的多樣性和復(fù)雜性各異，從技術(shù)性和經(jīng)濟(jì)性出發(fā)，很難也不可能只存在唯一的解決途徑，以至于目前尚無(wú)統(tǒng)一的看法，設(shè)計(jì)人員只能因地制宜根據(jù)自己掌握和理解的程度于以決斷，是否成立？仍需探討。
