一、前言
嵌固端的定義，若按計算模型而言，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（轉角位移）均為零的部位，若按在地震作用下的屈服機制而言，就是預期塑性鉸出現(xiàn)的部位。確定嵌固端就是通過剛度和承載力調(diào)整，迫使塑性鉸在該預期部位出現(xiàn)，并能承擔上部結構在該處屈服超強引起的極限彎矩和出現(xiàn)塑性鉸時的最大剪力以及相應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構體系的受力與變形狀態(tài)。所以在抗震設計中，恰當和正確對待嵌固端的選取和處理問題，對保證結構體系的可靠性具有重要意義。
嵌固端位置的選取與基礎的型式和埋深相關連，一般情況選取在基礎的頂面。眾所周知，小高層建筑以承受水平風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，一般可不考慮基礎有效埋置深度的要求。但是往往由于建筑物的類型和用途（對不均勻沉降的敏感性，是否有地下管道和設備基礎等）；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）；相鄰房屋和構筑物的基礎埋置深度；季節(jié)性凍土地基的凍脹和融陷等因素的制約，使框架基礎埋置深度較大，引起底層柱的長度相應增加較多。當無地下室時，如底層柱斷面尺寸不變，相對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)濟效益無法合理體現(xiàn)。這一情況，在設計中經(jīng)常出現(xiàn)，至今沒有很好解決。為此，提出了基礎埋置深度與結構計算嵌固端可否分開考慮的問題？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，其位置可在基礎頂面也可以高于基礎頂面。
2、嵌固端部位選取高于基礎頂面時，其選取的位置應接合室內(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邊梁的梁高。且必須使嵌固部位的下部和基礎之間有不超過一層的完整的框架結構體系，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之間的框架結構體系應有足夠的承載力和側向剛度，能夠抵抗上部框架結構在嵌固部位產(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移。
三、嵌固端部位高于基礎頂面時的處理措施
1、嵌固部位下部的框架體系，其抗震等級應按上部結構采用。在多遇地震作用下應進行抗震承載力驗算。分別取包括和不包括嵌固端部位以下框架結構體系兩種計算簡圖，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計值之和不小于嵌固端部位上層柱的下端實際嵌固彎矩的設計值。
2、嵌固端部位以下的框架結構體系應進行罕遇地震下水平位移的驗算。
3、嵌固端部位以下的框架結構體系側向剛度，不應小于相鄰上部結構側向剛度的2倍。側向剛度按主體結構計算，以樓層剪力與該樓層之間位移的比值控制。
4、如為柱下單獨基礎（包括樁基），應沿兩個主軸方向設置基礎系梁并納入框架計算，配筋方式及構造要求同框架梁。
5、嵌固端部位以下的框架柱的截面應等于或大于對應相鄰上部結構的柱截面。每側實際縱向配筋面積，除應滿足計算要求外，還不應小于嵌固端部位上部相鄰柱每側實配縱向鋼筋面積的1.1倍。
6、嵌固端部位處框架梁，及其以下框架柱，基礎系梁的箍筋全跨全高加密，間距不應大于100mm。
7、調(diào)整基礎埋置深度，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。當柱剪跨比不大于2但不小于1.5時，軸壓比限值比一般柱降低0.05 （《高層建筑混凝土結構技術規(guī)程》JGJ3-2002，以下簡稱《高規(guī)》第6.4.2條注3）；抗震等級為一級時，柱單側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；箍筋應沿柱全高加密，間距不應大于 100mm，一級時尚不應大于6倍的縱向鋼筋直徑（《高規(guī)》第6.4.3條第2款第3項）；柱加密區(qū)范圍內(nèi)箍筋的體積配筋率不應小于1.2%，設防烈度為 9度時，不應小于1.5%（《高規(guī)》第6.4..7條第3款）；梁柱節(jié)點核芯區(qū)的體積配箍率不應小于上下柱端的較大值。當柱剪跨比小于1.5時，從經(jīng)濟效益和技術可靠性出發(fā)，將嵌固端部位直接設置在基礎頂面。
8、嵌固端部位處以下及基礎底面以上的高度及距周邊基礎外邊緣1.5米包絡范圍內(nèi)回填土的壓實系數(shù)λc及檢測要求，按《建筑地基處理技術規(guī)范》（JGJ79-2003）執(zhí)行，若嵌固端部位高出室外地面時，應在該水平面處設置厚度不宜小于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、結束語
無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題？成為設計關注的課題歷時已久。由于工程具體情況的多樣性和復雜性各異，從技術性和經(jīng)濟性出發(fā)，很難也不可能只存在唯一的解決途徑，以至于目前尚無統(tǒng)一的看法，設計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（轉角位移）均為零的部位，若按在地震作用下的屈服機制而言，就是預期塑性鉸出現(xiàn)的部位。確定嵌固端就是通過剛度和承載力調(diào)整，迫使塑性鉸在該預期部位出現(xiàn)，并能承擔上部結構在該處屈服超強引起的極限彎矩和出現(xiàn)塑性鉸時的最大剪力以及相應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構體系的受力與變形狀態(tài)。所以在抗震設計中，恰當和正確對待嵌固端的選取和處理問題，對保證結構體系的可靠性具有重要意義。
嵌固端位置的選取與基礎的型式和埋深相關連，一般情況選取在基礎的頂面。眾所周知，小高層建筑以承受水平風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，一般可不考慮基礎有效埋置深度的要求。但是往往由于建筑物的類型和用途（對不均勻沉降的敏感性，是否有地下管道和設備基礎等）；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）；相鄰房屋和構筑物的基礎埋置深度；季節(jié)性凍土地基的凍脹和融陷等因素的制約，使框架基礎埋置深度較大，引起底層柱的長度相應增加較多。當無地下室時，如底層柱斷面尺寸不變，相對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)濟效益無法合理體現(xiàn)。這一情況，在設計中經(jīng)常出現(xiàn)，至今沒有很好解決。為此，提出了基礎埋置深度與結構計算嵌固端可否分開考慮的問題？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，其位置可在基礎頂面也可以高于基礎頂面。
2、嵌固端部位選取高于基礎頂面時，其選取的位置應接合室內(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邊梁的梁高。且必須使嵌固部位的下部和基礎之間有不超過一層的完整的框架結構體系，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之間的框架結構體系應有足夠的承載力和側向剛度，能夠抵抗上部框架結構在嵌固部位產(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移。
三、嵌固端部位高于基礎頂面時的處理措施
1、嵌固部位下部的框架體系，其抗震等級應按上部結構采用。在多遇地震作用下應進行抗震承載力驗算。分別取包括和不包括嵌固端部位以下框架結構體系兩種計算簡圖，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計值之和不小于嵌固端部位上層柱的下端實際嵌固彎矩的設計值。
2、嵌固端部位以下的框架結構體系應進行罕遇地震下水平位移的驗算。
3、嵌固端部位以下的框架結構體系側向剛度，不應小于相鄰上部結構側向剛度的2倍。側向剛度按主體結構計算，以樓層剪力與該樓層之間位移的比值控制。
4、如為柱下單獨基礎（包括樁基），應沿兩個主軸方向設置基礎系梁并納入框架計算，配筋方式及構造要求同框架梁。
5、嵌固端部位以下的框架柱的截面應等于或大于對應相鄰上部結構的柱截面。每側實際縱向配筋面積，除應滿足計算要求外，還不應小于嵌固端部位上部相鄰柱每側實配縱向鋼筋面積的1.1倍。
6、嵌固端部位處框架梁，及其以下框架柱，基礎系梁的箍筋全跨全高加密，間距不應大于100mm。
7、調(diào)整基礎埋置深度，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。當柱剪跨比不大于2但不小于1.5時，軸壓比限值比一般柱降低0.05 （《高層建筑混凝土結構技術規(guī)程》JGJ3-2002，以下簡稱《高規(guī)》第6.4.2條注3）；抗震等級為一級時，柱單側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；箍筋應沿柱全高加密，間距不應大于 100mm，一級時尚不應大于6倍的縱向鋼筋直徑（《高規(guī)》第6.4.3條第2款第3項）；柱加密區(qū)范圍內(nèi)箍筋的體積配筋率不應小于1.2%，設防烈度為 9度時，不應小于1.5%（《高規(guī)》第6.4..7條第3款）；梁柱節(jié)點核芯區(qū)的體積配箍率不應小于上下柱端的較大值。當柱剪跨比小于1.5時，從經(jīng)濟效益和技術可靠性出發(fā)，將嵌固端部位直接設置在基礎頂面。
8、嵌固端部位處以下及基礎底面以上的高度及距周邊基礎外邊緣1.5米包絡范圍內(nèi)回填土的壓實系數(shù)λc及檢測要求，按《建筑地基處理技術規(guī)范》（JGJ79-2003）執(zhí)行，若嵌固端部位高出室外地面時，應在該水平面處設置厚度不宜小于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、結束語
無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題？成為設計關注的課題歷時已久。由于工程具體情況的多樣性和復雜性各異，從技術性和經(jīng)濟性出發(fā)，很難也不可能只存在唯一的解決途徑，以至于目前尚無統(tǒng)一的看法，設計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。
