黃山坡地高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計實例

翁慶鋒

(上海漢思結(jié)構(gòu)設(shè)計事務(wù)所有限公司，上海 200042)

1 工程概況

本工程位于黃山太平湖畔，項目一期包括BD1～BD3，項目二期包括BD4～BD10一共7棟高層建筑(見圖1)。建筑標(biāo)準(zhǔn)層層高為3.5 m，入口大堂層層高4.5 m。本工程北側(cè)臨水，東、南、西側(cè)依山體而建。根據(jù)國家規(guī)范，本工程所在地區(qū)黃山屬于非抗震設(shè)防地區(qū)，同時根據(jù)業(yè)主要求，本項目定位為高端公寓項目，屬于體形非常復(fù)雜的坡地建筑，最終本項目按照最低抗震設(shè)防烈度6度進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計，各單體均為獨(dú)立的抗震結(jié)構(gòu)單體。

圖1 坡地高層建筑遠(yuǎn)景

2 地基基礎(chǔ)及基礎(chǔ)設(shè)計

2.1 地質(zhì)條件

根據(jù)勘察報告結(jié)果，本工程場地巖土層力學(xué)性能良好，未發(fā)現(xiàn)不良地質(zhì)現(xiàn)象，場地較穩(wěn)定，基本適宜進(jìn)行工程建設(shè)。但工程場地所處位置較高、地形坡度較陡，施工期間應(yīng)防止大開大挖，對確需開挖地段應(yīng)及早做好支護(hù)，防止受人為因素影響產(chǎn)生次生地質(zhì)災(zāi)害。

本工程擬建場地地質(zhì)資料自上而下分為5大層:

第①層為耕植土;

第②層為卵石混粘土;

第③層全風(fēng)化花崗巖力學(xué)性能好，但分布零亂，厚度變化大，不宜做基礎(chǔ)持力層;

第④層強(qiáng)風(fēng)化花崗巖基巖力學(xué)性能好，但分布零亂，厚度變化大且相鄰鉆孔坡度大，一般不宜做基礎(chǔ)持力層;

④-4層為斷層破碎帶，因風(fēng)化強(qiáng)烈，部分已風(fēng)化成土，遇水易軟化，傾角較陡，易滑移，不應(yīng)做基礎(chǔ)持力層;

第⑤層中風(fēng)化基巖力學(xué)性能好，承載力高，呈低壓縮性，宜做基礎(chǔ)持力層。各層巖土樁基巖土設(shè)計參數(shù)取值見表1。

本工程場地雖然地形坡度大但在雨季特別是暴雨季節(jié)，應(yīng)防止地表水的沖刷對工程的影響。鑒于本項目建設(shè)方將做山體排洪系統(tǒng)，因此結(jié)構(gòu)設(shè)計未考慮山洪荷載。

2.2 邊坡條件

本工程所處地形變化大，坡度陡，范圍大，而且BD6，BD7樓層多，地質(zhì)條件復(fù)雜，邊坡治理工程量大，而結(jié)構(gòu)是基于邊坡穩(wěn)定的前提進(jìn)行設(shè)計，因此，對于邊坡的穩(wěn)定必須達(dá)到以下要求:

1)所有山體開挖形成的邊坡均要進(jìn)行有效的邊坡支護(hù)，原主體結(jié)構(gòu)設(shè)計有人工挖孔樁和抗拔錨桿，在邊坡支護(hù)設(shè)計中考慮避讓;

2)主體結(jié)構(gòu)的設(shè)計未考慮邊坡土壓力對建筑外墻的壓力作用，因此，邊坡支護(hù)均必須按永久性邊坡進(jìn)行設(shè)計。設(shè)計有效年限應(yīng)不低于主體結(jié)構(gòu)使用年限;

3)護(hù)坡工程所有坡腳內(nèi)力均需通過可靠途徑傳遞至主體結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)下方的穩(wěn)定土層，不可直接以主體結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)作為坡腳支點(diǎn);

表1 樁基巖土設(shè)計參數(shù)取值 kPa

4)邊坡支護(hù)需對山體開挖及主體結(jié)構(gòu)施工過程中的邊坡、支護(hù)后的邊坡和整個山體在主體結(jié)構(gòu)荷載作用下的巖體整體穩(wěn)定性進(jìn)行三維驗算，如不滿足需進(jìn)行相應(yīng)的加固。

2.3 基礎(chǔ)設(shè)計

根據(jù)本工程項目建筑物特點(diǎn)，結(jié)合工程場地地形及巖土地質(zhì)條件，本項目基礎(chǔ)形式采用人工挖孔樁，以第⑤層中風(fēng)化基巖為主。考慮到工程經(jīng)濟(jì)性并充分發(fā)揮基巖承載力，樁端采用擴(kuò)大頭處理。

樁身詳圖如圖2所示。

樁基布置為一柱一樁。基礎(chǔ)設(shè)計時采取了以下措施:

1)樁基開挖前應(yīng)補(bǔ)充一樁一孔施工勘測，確保樁端5 m及3倍樁徑范圍內(nèi)無軟弱夾層、斷裂帶、空洞;

2)相鄰基礎(chǔ)高低差均需保證相鄰樁底高差大于樁凈距，否則淺樁應(yīng)落深;

3)對于BD7，BD9局部基底遇到斷層破裂帶，基礎(chǔ)施工前需布置適當(dāng)探槽或探井查明斷裂帶具體情況，樁基施工中對穿越斷裂帶處人工挖孔樁必須保證擴(kuò)大頭全斷面穿過斷裂帶后進(jìn)入持力層一定深度，穿越斷裂帶處人工挖孔樁及橫跨斷裂帶基礎(chǔ)梁箍筋通長加密。

3 結(jié)構(gòu)嵌固處理

本工程均為依山而建的坡地建筑，建筑師根據(jù)地勢進(jìn)行建筑設(shè)計，勢必造成一部分樓層位于坡上，一部分樓層位于坡下，而坡下建筑四面中至少有一面沒有被巖土遮擋，為保證建筑在山坡上的結(jié)構(gòu)嵌固條件，基礎(chǔ)埋深需達(dá)到一定的埋置深度。對于迎坡面采用削坡階梯的方式并保證基礎(chǔ)的最小埋深，階梯落差處承臺均用基礎(chǔ)梁拉接以保證基礎(chǔ)的整體性。然而背坡面由于沒有被巖土遮擋，基礎(chǔ)無法達(dá)到埋深要求，因此，考慮在迎坡面樁基承臺處設(shè)置一定數(shù)量的斜向抗拉錨桿，以抵抗由于水平地震力和風(fēng)力對結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)產(chǎn)生的傾覆以及滑移，保證主體結(jié)構(gòu)在山坡上的嵌固要求。

圖2 樁身詳圖

對于迎坡面外墻的做法，通常在迎坡面設(shè)置鋼筋混凝土外墻作為擋土墻，但是由于鋼筋混凝土外墻僅在迎坡面布置，對于整個建筑不對稱，而且鋼筋混凝土外墻剛度極大，所以造成結(jié)構(gòu)剛心與質(zhì)心偏置，結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)嚴(yán)重。另一方面，由于鋼筋混凝土外墻與巖體直接接觸，從而使結(jié)構(gòu)在嵌固層以上受到不確定的水平地震力，對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不利影響。同時邊坡土體水平側(cè)向力直接由主結(jié)構(gòu)外墻來承擔(dān)，導(dǎo)致邊坡與主結(jié)構(gòu)傳力體系復(fù)雜，不利于主體結(jié)構(gòu)受力分析。

基于以上分析，本工程采取迎坡面階梯削坡并設(shè)置樁基承臺抗拉錨桿、護(hù)坡與主體結(jié)構(gòu)完全脫開的設(shè)計方法，具體做法如圖3所示。另外，在護(hù)坡與主結(jié)構(gòu)脫開處設(shè)置檢修渠既滿足了邊坡排水要求，也給設(shè)備提供了檢修空間。

圖3 結(jié)構(gòu)迎坡面做法示意圖

4 上部結(jié)構(gòu)設(shè)計

4.1 結(jié)構(gòu)概況

本工程抗震設(shè)防要求為6度，地震基本加速度值0.05g，Ⅰ類～Ⅱ類場地，丙類建筑。坡地修正后風(fēng)壓0.7 kN/m2。BD6坡下5層，坡上17層為最高建筑，采用框架—剪力墻結(jié)構(gòu)體系，典型剖面如圖4所示，其余單體均采用框架結(jié)構(gòu)體系。

圖4 BD6典型剖面圖

4.2 計算結(jié)果分析

本工程不僅由于坡地基礎(chǔ)嵌固較為復(fù)雜，建筑平面凹凸也非常不規(guī)則，而且建筑立面爬坡逐層收進(jìn)形成結(jié)構(gòu)大量大懸挑，為保證結(jié)構(gòu)計算結(jié)果可靠性和準(zhǔn)確性，本工程同時采用PKPM和ETABS計算，并對計算結(jié)果進(jìn)行比較分析。表2是兩個程序?qū)D6的主要計算結(jié)果對比。

表2 不同程序?qū)D6的主要計算結(jié)果對比

分析總結(jié)表2中數(shù)據(jù)可知，兩個程序計算結(jié)果基本吻合，說明計算模型以及計算結(jié)果是可靠的。

5 結(jié)語

1)坡地建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的前提是邊坡的穩(wěn)定，因此首先應(yīng)對原始邊坡的穩(wěn)定進(jìn)行評價，并確保山體開挖及主體結(jié)構(gòu)施工過程中的邊坡、支護(hù)后的邊坡和整個山體在主體結(jié)構(gòu)荷載作用下的巖體整體穩(wěn)定，如不滿足需進(jìn)行相應(yīng)的加固。

2)對于有不均勻較厚表層土的高層坡地建筑，基礎(chǔ)宜采用人工挖孔樁基礎(chǔ)形式，可通過擴(kuò)孔提高單樁承載力，同時應(yīng)做好一柱一樁施工勘測。

3)為保證高層坡地建筑的結(jié)構(gòu)嵌固要求，可以采取迎坡面階梯削坡并設(shè)置樁基承臺抗拉錨桿、護(hù)坡與主體結(jié)構(gòu)完全脫開的設(shè)計方法，形成主體結(jié)構(gòu)和山體之間分離后比較清晰的傳力體系，以形成主體結(jié)構(gòu)嵌固于基巖階梯平臺的嵌固形式。

4)復(fù)雜高層坡地建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計有必要采用多個程序進(jìn)行計算，并對多個程序計算結(jié)果進(jìn)行對比分析，以確保結(jié)構(gòu)設(shè)計的可靠性和準(zhǔn)確性。

5)理論上高層建筑在坡地的嵌固也可以通過樁基發(fā)揮水平承載力來實現(xiàn)，但是結(jié)構(gòu)分析方法需要進(jìn)一步研究。

［1］ JGJ/T 225-2010，大直徑擴(kuò)底灌注樁技術(shù)規(guī)程［S］.

［2］ CECS 22∶2005，巖土錨桿(索)技術(shù)規(guī)程［S］.

［3］ 袁文章，李 娟.坡地建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計實例［J］.建筑與結(jié)構(gòu)設(shè)計，2009(7)：31-32.

［4］ 林 捷.坡地建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計分析［J］.福建建材，2011(5)：67-69.