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坡地建筑場地及結構設計方法探究

中煤科工集團重慶設計研究院有限公司 鄔險峰 2019/10/8 8:22:30

   【摘要】:坡地建筑在設計中考慮的因素較多,既要考慮安全經濟又要兼顧美觀適用,需要建筑的豎向設計與主體結構設計及擋墻設計緊密結合。本文針對坡地建筑結構接地形式做了一些思考和探索,并結合具體工程實例介紹坡地建筑結構設計的方法和技巧。
   關鍵詞:坡地建筑 架空 分階退臺 擋土墻
  
   1、坡地建筑結構設計原則和接地方式
   坡地建筑設計的基本理念是充分利用自然與坡地資源、服從坡地自然形態,創造豐富的建筑空間,使建筑成為自然的有機組成部分,達到人、建筑、自然的和諧統一。在結構的細部處理上也應遵循順應地形、少填少挖的原則,以最優的接地方式實現建筑功能和結構合理的有機結合。目前常見的坡地建筑接地方式可分為三大類:覆土式、地表式和架空式,如下圖所示。
  
   圖1覆土式 圖2地表式 圖3架空式
   2、坡地建筑場地處理及結構設計
   在坡地建筑的結構設計中考慮的因素較多,每個環節都直接影響整個工程設計效果。主要表現在如下幾個方面:1)場地的穩定性判斷。坡地建筑多存在于山區或丘陵地帶,各類滑坡情況均有可能,首先要判斷場地的整體穩定性,對于土質坡地可能會出現沿巖土分界面或新舊土分界面滑坡問題,對巖質坡地可能會出現沿巖層層面滑移問題。應遵循先治理后建設原則。2)結構基礎形式的選擇。對于坡地建筑優先以選擇端承型樁基礎形式,可以大大減小建筑和邊坡間相互不利影響。 3)建筑接地方式的選擇。在常規設計中地表式和架空式應用較多,地表式在能充分利用建筑空間,但其施工難度及工程成本要高于架空式,建筑架空方式能最大限度地順應地形,減少擋土墻和土石方量,在能滿足建筑功能需要的情況下是較理想的接地方式。4)擋土墻的處理。坡地類場地擋墻無法避免,但可以通過放坡、分階、退臺等方式來消化高差,減小擋墻高度和數量,同時,擋墻形式又分為獨立擋墻和建筑地下室擋墻,擋墻高度不大且建筑臨土側無采光要求情況下,通常以建筑地下室外墻兼做擋墻,如果結構主體抗側剛度不足,水平土壓力過大時,應做與主體分離的獨立擋土墻。5)主體結構計算與設計。坡地建筑處于抗震不利地段,抗震計算中水平地震影響系數應增大。對于架空式坡地建筑,由于結構底部豎向構件在不同標高接地,為保證結構的整體穩定和嵌固端的有效性,按豎向構件的平均高度作為底層層高,并按等效線剛度對豎向構件截面進行計算。
   3、工程實例分析
   本工程為四川山區的某一住宅小區設計,包括高層住宅、花園洋房、商業配套及地下車庫等。場地屬河谷地貌,東西向寬約200米,高差約50米,兩端均須與相鄰市政道路銜接。建筑場地東西向豎向關系如圖4所示。
  
   圖4 坡地建筑場地東西向典型斷面圖
   場地本無穩定性問題,只因現場南北向局部存在的V形凹凼須回填平整,導致南北向坡地局部坡段存在新填土沿新舊土分界面整體滑移的可能性,圖4為最不利處理的典型斷面,設計要求在回填前將地表草皮及軟弱表土全部清除,并分階開挖成開臺階狀,增大新舊土間咬合力。同時要求建筑荷載不作用于坡體,經過理論計算和定性分析,處理后的填方邊坡處穩定狀態。結構基礎形式選擇嵌巖樁,將上部豎向荷載直接傳至下部基巖,有效避免建筑荷載作用于邊坡上,穿越填方區的樁適增大樁徑和配筋,能作為阻滑的第二道防線,保證建筑場地的穩定。
   場地東西向50米高差通過逐級退臺和分階放坡方式進行消化,不僅提高了場地安全性,也避免了采用高擋墻支擋, 大大節省了工程成本。邊坡地段建筑主要以架空接地方式,建筑與邊坡間在受力方面互不影響;緩坡地段建筑以地表方式分級接地,建筑外墻兼做擋墻分級支擋,各級擋墻高度不大,互不影響,對建筑施加的不平衡土壓力作用較小。
   本工程大底盤分縫后分為二個結構單元,每個結構單元作為一個計算單元,以左側A單元為例,其計算模型可簡化如圖5所示,該計算單元中豎向構件嵌固點不在一同標高,位于斜坡面上架空的結構部分,可將其嵌固端標高可取坡面的中間點,即H=(Hmin+Hmax)/2。分級退臺支擋的結構應考慮不平衡土壓力作用影響,在模型中將水平土壓力轉換為集中力F1及F2施加到豎向構件節點上參與整體計算。同時,為了保證多嵌固端水平地震力的有效傳遞,在施工圖設計中各層樓板相應部位做加厚及加強配筋處理。
  
   圖5 A單元計算簡圖
   4、結語
  (未完,下一頁

  
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