某學校運動場主席臺擋土墻與主體結合設計案例探討

李莉

（甘肅泓文建筑設計有限責任公司，甘肅蘭州 730030）

0 引言

由于長期受人口基數、地理位置及經濟發展等條件的制約，我國在教育、醫療等公共建筑領域發展一直較為緩慢，尤其西部偏遠地區，教育的辦學條件和辦學規模已明顯落后，嚴重制約當地教育事業的發展，已不能適應新時代下中國特色社會主義教育事業發展。近年來，隨著改革開放及西部大開發戰略的持續推進，人民生活水平逐步提高，教育重視程度逐漸提高，政府投資逐漸向西部轉移。但受規模限制，用地緊張，政府投資有限等因素制約，結構設計通常會充分利用現狀地形及自身結構特點進行優化設計。本文以某國家級貧困縣學校運動場地主席臺結構進行深入設計分析，提出主體結構與擋土墻共用的方案，并進行一定的探討，供結構設計人員學習探討。

1 工程概況

本工程案例為某國家級貧困縣學校運動場主席臺，建筑總長115.40m，總寬10.55m，地上一層，層高為4.95m，基礎為條形基礎，現澆鋼筋混凝土框架結構，頂棚膜結構，設計使用年限為50年，結構安全等級為二級，結構重要性系數1.0，主席臺后墻為現澆鋼筋混凝土結構外墻兼擋土墻，主席臺前后兩側墻體高差為6m，其平面效果如圖1所示。

圖1 擬建場地平面布置

2 工程地質及水文地質條件

2.1 工程地質條件

根據場地地勘報告，地層描述如下：①層耕土：灰褐色，稍濕，松散，以粉土為主，含大量腐殖質及植物根系，均勻性較差，場區普遍分布，該層工程性質較差，在建設過程中全部進行挖除。②層粉土：黃褐色，稍濕，稍密，垂直孔隙、節理較發育，切面較粗糙，含少量粉砂及粉質黏土均勻性一般；濕陷性較敏感，場區普遍分布，該層工程物理性理學性質較好，可作為一般建筑物的基礎持力層。③層卵石：青灰色，稍濕～濕，稍密～中密，主要以中粗砂及粉土充填為主，含少量漂石，粒徑大于20mm的顆粒占總含量的62～78%，一般粒徑30～50mm，多呈圓形及亞圓形，顆粒磨圓、級配較好，礦物成分以石英、黑云母及長石等為主。該層物理力學性質較好，埋深較淺，為本次工程案例基礎持力層。

2.2 水文地質條件

根據勘察報告，勘察深度范圍內未揭露地下水。設計未考慮地下水對工程的影響。

2.3 不良地質作用

區域地質資料及場地周圍調查表明，工程場地無活動斷裂通過，擬建場地處于區域相對穩定地段，抗震地段屬一般地段。

3 工程案例設計

場地原始地形成臺狀分布，南高北低，場地整體高差約為6m，為充分利用現有地形條件，減少了土方回填及開挖工程量，節約用地，減少工程造價，保證校園整體布置風格協調美觀，運動場地布設時設置在陡坎處，陡坎上部為學校活動場地，下部為運動場地，陡坎原始高差4.0m，建筑設計高差為6.0m，原始地形與結構設計如圖2所示。

圖2 原始地形與結構設計

4 工程案例分析

4.1 基本假定

①地質條件較為簡單，墻后土體按照均質多層土考慮；②基礎范圍內無地下水，計算不考慮地下水影響；③地下室側向土壓力按照山地建筑地下室外墻設計，采用靜止土壓力[1]，按照朗肯土壓力理論[2]，擋土墻墻背垂直光滑，墻后填土面水平。

4.2 設計參數

（1）土體設計相關參數。

土體參數主要用于墻體側向土壓力計算，根據地勘報告及當地工程經驗，場地內地基土主要土體參數如下：地面附加荷載30kPa、土體重度為γ=18.0kg/cm3、土體綜合內摩擦角標準值為φ=30°、靜止土壓力系數按照k0=1-sin（φ）計算，k0=0.5，朗肯土壓力計算公式為σ=k0·z·γ。

（2）抗震作用[3]及外荷載作用[4]等相關參數。

抗震設防烈度為Ⅷ度0.20g，特征周期0.45S，設計地震分組第三組，結構阻尼比0.05，周期折減系數0.80，考慮5%偶然偏心，考慮雙向地震作用，結構重要性系數1.0，多遇地震水平地震影響系數最大值0.16，罕遇地震水平地震影響系數最大值0.90。場地類別為Ⅱ類，框架抗震等級Ⅰ級。基本風壓0.30kN/m2；地面粗糙度類別B類；恒載8.8kN/m2，活載3.5kN/m2。

4.3 計算模型

采用YJK-盈建科建筑結構計算模塊（1.9.1.0版本）對結構進行了分析驗算，并采用理正擋土墻軟件對假想邊坡進行擋墻驗算，對建筑設計方案進行分析，該擬建建筑物模型受力較為簡單，受力較為明確，計算模型如圖3所示（取其部分軸剖面進行驗算）。

圖3 計算模型及荷載

4.4 驗算結果分析

（1）坡地建筑的結構設計不但要滿足承載能力極限狀態，還應當滿足正常使用極限狀態[5]。除基礎不均勻沉降外，在風荷載、地震作用等水平荷載的作用下也容易產生局部滑坡、失穩等破壞[6]。本文利用YJK-盈建科建筑結構計算模塊（1.9.1.0版本）進行驗算，考慮側向水平土壓力永久作用下，對主體結構變形、整體抗傾覆驗算、整體穩定性及裂縫等控制要素進行了相關驗算，經驗算，樓層剪力系數、最大彈性位移角、位移比、周期比、變形均滿足規范要求，結構體系合理可行；對結構整體穩定性及抗傾覆驗算，驗算均滿足規范要求，經驗算擋土墻與主體結構結合設計方案整體性能更好，驗算結果如表1、表2所示。

表1 結構整體計算指標匯總（一）

表2 結構整體計算指標（二）

對墻體裂縫進行驗算，墻體最大裂縫寬度0.18mm＜0.2mm，滿足規范要求。

（2）若單獨考慮設置重力式擋土墻承受墻后土體側壓力，主體結構不承受墻后水平土壓力時，利用理正巖土軟件進行驗算，同時參考相關圖集[7]，擋土墻抗傾覆及整體穩定性滿足設計要求的情況下，混凝土擋土墻設計尺寸如圖4所示。

圖4 假定擋墻設計斷面

根據分析擋土墻設計墻總高度為6.7m，墻頂尺寸為1.5m，墻底尺寸為3.2m，單延米混凝土方量為13.99m2。經驗算，擋土墻抗傾覆穩定性為3.098，抗滑移穩定性為1.357，抗震條件下整體穩定性為1.274，均滿足規范[8]要求。

（3）經濟及工期分析。擋墻施工周期較長、費用較高、在保證整體抗滑移、抗傾覆等控制因素的條件下，擋墻與主體結合方案，可減少經費投入及施工工期，減小公共資源浪費。經預算分析，本次擋土墻與主體結構結合方案，設計主體結構總造價為188萬元，單獨設置鋼筋混凝土擋墻時，擋墻造價約為90萬元，且經預算對比，擋土墻與主體結構結合方案工程造價與單獨設置混凝土擋土墻相比，可節約經費20%～30%，同時可節約工期為50～60d。

5 結語

通過本次對比驗算，主要得出以下結論。

（1）建筑平面布置應充分利用現有地形條件，合理布置建筑物分布，可減少了土方回填及開挖，節約用地，保證校園整體布置風格協調美觀。

（2）在墻后土體為均勻土質，擋墻高度較低，擬建物工程重要性較低的條件下可優先考慮擋墻與主體結構結合方式。

（3）采用擋土墻與主體結合方式，可提高結構的整體性能。

（4）擋墻施工周期較長，施工費用較高，在一定條件下，將主體結構與擋墻相結合方案，可充分利用主體結構自身受力特點，節約工期及資金投入。