一種坡地建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法

曾 偉，賀 渝、2，黃 江

一種坡地建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法

曾 偉1，賀 渝1、2，黃 江3

（1重慶宏筑建筑設(shè)計有限公司，重慶 401120；2重慶市渝北區(qū)建設(shè)工程質(zhì)量監(jiān)督站，重慶401120；3重慶市美聯(lián)建筑工程有限公司，重慶 401120）

按照常規(guī)方法設(shè)計坡地建筑結(jié)構(gòu)，會導(dǎo)致計算模型與實(shí)際不符。該文對坡地建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)注意的要點(diǎn)和處理方法提出參考建議，并結(jié)合相關(guān)工程實(shí)例給出一種坡地建筑結(jié)構(gòu)的處理方法。

坡地建筑結(jié)構(gòu)；軟件模擬；結(jié)構(gòu)設(shè)計

引言

坡地建筑就是在高差較大的地形地貌上修建的建筑物，其底部嵌固端不在同一個平面上。由于坡地建筑的底層高差較大，因此常見的接地的處理方法有“吊層”和“掉層”，結(jié)構(gòu)上即為架空、退階。“吊層”的處理可以避免大面積開挖，保持坡地的原有地形，方便人流通過連接道路與坡道或者樓梯入戶，這種接地方式可節(jié)約建造成本。“掉層”的處理可以將高邊坡逐階退臺，使其變成一段段高差較小的平地，進(jìn)行建筑修筑，這種方式雖然要造成大量開挖，但是此方法避免了高邊坡的處理，而且在一段段平階上也便于施工。

在重慶和貴州等山區(qū)較多的城市，坡地建筑已成為一種特色。雖然坡地建筑日益見多，但是坡地建筑結(jié)構(gòu)與常規(guī)結(jié)構(gòu)的設(shè)計有些不同，若用常規(guī)的設(shè)計方法來進(jìn)行坡地建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計，必然會有一些指標(biāo)不能滿足規(guī)范。因此，本文依據(jù)現(xiàn)行設(shè)計規(guī)范，從軟件模擬與現(xiàn)場處理等方面對坡地建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計相關(guān)問題展開討論，為相似工程結(jié)構(gòu)的設(shè)計提供一種參考經(jīng)驗。

1 設(shè)計建模問題

由于坡地建筑的特殊性，其嵌固端不能建在一個平面上，所以不能與常規(guī)的建筑結(jié)構(gòu)等同設(shè)計。在結(jié)構(gòu)設(shè)計中，通常采用下面幾種常見的建模方法：

（1）在PMCAD的樓層組裝中，逐層設(shè)支座，即將開始退臺的柱底設(shè)為支座。此方法比較繁瑣，層數(shù)較少的結(jié)構(gòu)可以使用此方法。

（2）將高度填在PMCAD的設(shè)計信息中的與基礎(chǔ)相連的最大底標(biāo)高中，即填入開始掉層的柱頂標(biāo)高，此時軟件自動判別支座，這種方法較為便捷，操作方便。

盡管上述兩種處理方法具有一定的可操作性，但由于目前關(guān)于坡地建筑抗結(jié)構(gòu)的抗震性能研究的理論資料不夠充分，結(jié)構(gòu)設(shè)計人員對這種特殊結(jié)構(gòu)形式的認(rèn)識也不足，無法從整體上把握這種結(jié)構(gòu)形式，結(jié)構(gòu)設(shè)計時主要按照工程經(jīng)驗進(jìn)行設(shè)計。從“5·12”汶川地震的坡地建筑損害現(xiàn)象來看，經(jīng)驗做法往往存在潛在的缺陷。以下論述幾種常用的設(shè)計坡地建筑結(jié)構(gòu)的方法及其存在的問題。

（1）露樁設(shè)計。露樁設(shè)計在重慶較多，這種設(shè)計方法是將樁頂做平，然后在樁上修造建筑結(jié)構(gòu)。由于坡地的標(biāo)高不同，造成了一部分樁埋在基巖中，一部分露在基巖外。這種設(shè)計方法之所以不合理，一是因為露樁會造成露在基巖外面的樁形成短柱，二是因為露樁在沒有側(cè)向基巖約束時，造成了柱的計算長度增長，與實(shí)際模型不相符。有震害調(diào)查[1]指出在地震下，采用樁柱體系，伸出地面的樁身頂部會嚴(yán)重破壞。

（2）先常規(guī)設(shè)計，再把豎向構(gòu)件往下落。該設(shè)計方法是一些結(jié)構(gòu)設(shè)計師在沒有明確的規(guī)范的要求下，采用的一種“虛模型”的設(shè)計方法。因為按常規(guī)的設(shè)計方法，可以避免吊層與掉層結(jié)構(gòu)計算模型中位移比、受剪承載力、剛度比超標(biāo)的因素，然后再把不在同一標(biāo)高上的豎向構(gòu)件落到基礎(chǔ)上，只用在配筋和截面上稍作加強(qiáng)。然而加強(qiáng)多少，并沒有量度；并且這一方法還忽略了一個重要問題，即常規(guī)結(jié)構(gòu)與坡地建筑結(jié)構(gòu)的受力的方式是否一樣。王麗萍[2]給出了掉層結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分配規(guī)律。

（3）將豎向構(gòu)件建在同一標(biāo)高上設(shè)計。該方法與方法（2）類似，都是設(shè)計者人為地將計算模型簡化；然而這種簡化往往伴隨著較大的設(shè)計誤差。將豎向構(gòu)件建在同一標(biāo)高上設(shè)計的方法就是先按不等高嵌固的模型計算，然后再將不等高的豎向構(gòu)件落到最下面一層吊層的底標(biāo)高上再次計算進(jìn)行對比設(shè)計。這種方法缺少可靠性，但是在表面上看起來合理，所以常常被設(shè)計者所采用。

本文結(jié)合工程實(shí)例提出一種坡地建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法，其思路為先按照平地建筑進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)施工時通過適當(dāng)?shù)奶幚硎蛊渑c結(jié)構(gòu)設(shè)計模型相符合，以此實(shí)現(xiàn)坡地建筑的設(shè)計與實(shí)際結(jié)構(gòu)受力更為一致。

2 工程實(shí)例

某坡地上工程為商住樓，框架-核心筒結(jié)構(gòu)，總面積為2.8萬m2，共27層（底部掉層2層），建筑總高度為97.2m。基準(zhǔn)期的基本風(fēng)壓WO=0.40kN/m2（主體高度大于60m時按基本風(fēng)壓的1.1倍取）；地面粗糙度為B類，建筑物的體型系數(shù)1.4，由于該工程位于坡地，還需按規(guī)范考慮其坡頂?shù)匦螚l件修正系數(shù)ηB。抗震設(shè)防烈度為6度，設(shè)計基本地震加速度值0.05g，場地設(shè)計地震分組為第一組。場地類別為Ⅱ類，特征周期為0.35s，結(jié)構(gòu)阻尼比0.05，水平地震影響系數(shù)最大值0.04。

2.1 地基基礎(chǔ)設(shè)計

（1）地質(zhì)條件

經(jīng)現(xiàn)場工程地質(zhì)調(diào)查和鉆探揭示，場區(qū)內(nèi)未見不良地質(zhì)作用，地質(zhì)災(zāi)害不發(fā)育，場地現(xiàn)狀穩(wěn)定，適宜該工程建設(shè)。基礎(chǔ)持力層為以中等風(fēng)化頁巖和粉砂巖為基礎(chǔ)持力層，頁巖飽和抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為10.98MPa，地基承載力特征值為3.84MPa，砂巖飽和抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為28.91MPa，地基承載力特征值為10.12MPa。

（2）基礎(chǔ)設(shè)計（圖1）

圖1 基礎(chǔ)平面圖

根據(jù)地勘報告，結(jié)合設(shè)計情況，該工程基礎(chǔ)選型如下：框架部分采用樁基，核心筒部分采用筏基。樁基采用人工挖孔樁，其基礎(chǔ)嵌入完整中風(fēng)化巖層。嵌巖樁單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值和設(shè)計值及嵌入中等風(fēng)化基巖的深度按 《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》(JGJ94-2008)第5.3.9條計算。相鄰有高差的樁基應(yīng)滿足剛性角不大于45°的要求。

（3）環(huán)境處理方案

該工程場地高差變化不均，建筑結(jié)構(gòu)方案設(shè)計時充分利用場地關(guān)系進(jìn)行設(shè)計，避免大開挖及高邊坡的出現(xiàn)。建筑主體部分位于周邊環(huán)境的高差較小部分，采用鋼筋混凝土擋土墻或重力式擋土墻支護(hù)， 鋼筋混凝土擋土墻墻厚為250～400mm；重力式擋土墻根據(jù)支擋土層的高度按圖集04J008選用。由于基坑開挖而形成的臨時邊坡，采用自然放坡時，土層取1∶1.5，強(qiáng)風(fēng)化巖層取1∶0.5，中風(fēng)化巖層取1∶0.2。場地道路環(huán)境部分，部分區(qū)域高差較大，擬采用錨桿擋墻進(jìn)行設(shè)計。

2.2 掉層部分結(jié)構(gòu)設(shè)計

由于該建筑需要形成依山而建的效果，加之于坡地建筑的假定模型與現(xiàn)有的軟件模擬不相符，因此本設(shè)計采用了特殊的處理，使模型與真實(shí)邊界條件相吻合。處理簡圖見圖2，處理方法如下：

圖2 具體處理簡圖

（1）由于該工程巖石基本穩(wěn)定，不開挖就可達(dá)到穩(wěn)定持力層，因此將不掉層的柱下樁孔一直向下開挖，使各個樁的樁底平齊。

（2）澆筑樁時，使樁頂控制于同一標(biāo)高，然后預(yù)留豎向構(gòu)件插筋（位于樁孔中的柱子不能回填填料，避免造成不等高嵌固）。

（3）掉層部分的豎向構(gòu)件通過水平轉(zhuǎn)孔，然后通過水平拉梁與非掉層的柱子形成整體結(jié)構(gòu)。

通過上述方法處理后，結(jié)構(gòu)計算模型可按常規(guī)方法進(jìn)行建模計算。但由于掉層與非掉層豎向構(gòu)件只有拉梁，沒有板，造成樓板開大洞時不連續(xù)，于是進(jìn)行了超限分析。分析指標(biāo)見表1。

通過以上指標(biāo)表格的顯示，該工程按常規(guī)結(jié)構(gòu)設(shè)計即可，按照抗震規(guī)范[3]的要求正常經(jīng)行抗震措施和抗震構(gòu)造措施，無需經(jīng)行特別處理。經(jīng)過彈塑性分析，在大震作用下，在樁孔中的柱子的位移小于柱頂?shù)綐哆叺木嚯x。因此，說明本文介紹的方法具有一定可行性。

表1 結(jié)構(gòu)分析指標(biāo)表

3 結(jié)論

（1）現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件不能合理模擬掉層與吊層的結(jié)構(gòu)，只有將復(fù)雜事情簡單化，才能使設(shè)計結(jié)果滿足規(guī)范要求。

（2）本文介紹的處理方法只適用于穩(wěn)定的巖石地基，其他類型的地基還有待研究。

（3）本文介紹的方法中，必需保證在樁孔中的柱與穿過鋼管的連系梁不被填料掩埋，這樣才能保證在地震作用下，結(jié)構(gòu)的整體協(xié)同工作，設(shè)計計算才可按常規(guī)結(jié)構(gòu)設(shè)計。

[1]王麗萍.5·12汶川地震典型山地建筑結(jié)構(gòu)房屋震害調(diào)查[J].西安建筑科技大學(xué)學(xué)報，2009，41（6）:822-826.

[2]王麗萍.山地建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計地震動輸入與側(cè)向剛度控制方法[D].重慶：重慶大學(xué)，2010.

[3]中國建筑科學(xué)研究院.GB50011-2010建筑抗震設(shè)計規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2010.

責(zé)任編輯：孫蘇

ALC板的搬運(yùn)、起吊和保管

1、ALC板由工廠直接運(yùn)至施工現(xiàn)場，進(jìn)入現(xiàn)場后應(yīng)減少轉(zhuǎn)運(yùn)。

2、板的搬運(yùn)、裝卸和起吊，使用尼龍帶、小推車、塔吊等專用機(jī)具，運(yùn)輸時應(yīng)采取良好的綁扎措施。

3、ALC板材的施工現(xiàn)場堆放地應(yīng)靠近安裝地點(diǎn)，選擇地勢堅實(shí)、平坦、干燥之處，并不得使板材直接接觸地面，下部用加氣塊或木方支墊，每層高≤1m，總高度≤2m，懸臂長度是板長1／5L～1／6L，雨季應(yīng)采取覆蓋措施。

（摘自：中國建材網(wǎng)）

（敬請作者速與本刊編輯部聯(lián)系，以便付酬）

A Design Method of Hillside-building Structure

The routine design method is applied to design hillside-building structure;the calculation model is incompatible with the reality.Some corresponding advices are given to the main points of deserving attention in hillside-building structure design and countermeasures are given.Meanwhile,a treatment of hillside-building structure is presented through relevant project case.

hillside building;software simulation;structural design

TU3

A

1671-9107（2013）03-0055-03

10.3969／j.issn.1671-9107.2013.03.055

2013-01-14

曾偉（1979-），男，四川資中人，本科，工程師，主要從事結(jié)構(gòu)設(shè)計工作。