摘要:随着城市化进程在不断加快,坡地建筑和场地的设计与施工显得尤为重要,尤其是在对建筑的高差处理。本文从结构设计的方向入手来讨论坡地建筑和场地高差结构的技术处理问题。
关键词:坡地建筑;高差处理;技术;
引言
近年来各地都有很多工程建在山坡地段,也有的建筑尽管原场地平坦,但由于后期景观需要,建筑经常遇到三面有土、二面有土、一面有土的特殊情况,如图一所示,这些建筑中出现了地下室各侧填埋深度差异较大,是抗震很不利情况。
本文对不同的工程情况采取不同的计算和技术措施进行探讨。
1.工程情况一
建筑基础在同一标高,但四周的埋深不 一致,可按如图二设置永久性挡土进行处理。这样处理后 的建筑设计和一般平地建筑设计类同。
1.1由于建筑位于坡地,地下室的埋置深度各侧不同,建筑一侧位于地面以上,其余三侧全部或部分位于土中。此时上部结构的嵌固部位不可设在有土侧的最高位置,当然也不可设置成沿坡地斜面,可设在地下层顶板或基础顶面。此时注意无土侧也宜设置钢筋混凝土外墙,以免由于墙体布置不均匀产生过大的扭转效应。
1.2、对于图二的坡地建筑如果不能设置永久档墙与结构脱离,则需要按以下方法将土压力、水压力及地面超载折算成土厚,人工加在整体模型中对整体楼层进行计算分析计算(由于目前程序还无法自动加剪力墙平面外荷载)。
第一种情况:挡墙上端饺接,下端刚接情况,如图三所示这种情况下RA=3/8(q1h)+1/10(q2h),设计人需要将这个荷载人工加在楼层上,单位kN/m
第二种情况:挡墙上端饺接,下端饺接情况,如图四所示这种情况下RA =1/2(q1h)+1/6(q2 h),设计人需要将这个 荷载人工加在楼层上,单位kN/m
经过以上分析,就可以人工将这些荷载加到相应的楼层上去,如图五所示
坡地建筑整体计算还需要考虑以下问题:
a、挡土的外墙也应参与结构整体计算,但注意此挡土外墙需要人工进行外墙构
件的配筋计算
b、计算时结构体系可以依据上部结构类形区别对待,如整个结构均为框架-剪力墙结构、剪力墙结构;如果由于地下挡墙参与整体计算底部为框剪结构,上部为框架结构,则需要分别按框架剪力墙及框架结构进行计算,配筋采用包洛设计
2. 工程情况二:
建筑物基础设置在不同标高的情况由于建设场地存在多阶台地,建筑依地势而建,导致基础设置在不同标高,常遇情况有以下3 种处理方法。如图六
方法1 、如图六a所示,台地高差为2 层,相互之间设置永久性挡土墙和防震缝,形成两个独立的结构单元,相互之间没有影响。上部结构的嵌固部位,低位部分可设在地下室顶板,高位部分可设在地下室底板。永久性挡土墙除作用有水压力和土压力外,还应考虑水平地震作用,其设计尤为重要; 同时还应考虑永久性挡土墙对低位部分地下室的影响。高位部分的基底应放坡,放坡台阶宽高比: 对于土质边坡应不小于2,对于岩质边坡应不小于1。
方法2、如图六b所示,由于建筑 功能等原因,仅高、低位部分之间设永久性挡土墙,上部结构连为一体。由于基础埋置标高不同 ,导致两个方向的抗侧刚度分布有较大不同,相互之间需要协调 一致。设计时应加强考虑: a 确定符合实际受力的计算模型,体现多层嵌固的情况,并用两个程序分析比较; b 加强低位部分底部几层的抗侧刚度,减小扭转效应; c加强相连楼板的刚度,特别是与1层相连的楼板; d 永久性挡土墙的设计同第 1要求
方法3、 如图六c所示,高、低位部分从高位部分的地下室开始连为一体,与第2条做法相比,受力得到了一定的改善; 但低位部分的1 层和2 层失去了自然通风和采光的 可能性,环境变差。高、低 位部分交界处地下室外墙兼作挡土墙,除作用有水压力和土压力外,还应考虑水平地震作用及上部建筑传来的地基压力的影响; 其他设计应注意的问题同第2条 要求。
3.工程情况三:
坡地高层建筑裙房层数不同。建在坡地上的高层建筑,裙房层数不同。两侧地面标高不同如图七
抗震设计时怎样考虑结构侧向刚度不均匀对结构的不利影响?对这样的工程抗震设计应注意以下几点要求:(1)如果裙房不用防震缝分开,应按双塔计算。
(2)左塔楼宜按带3层裙房考虑,且应满足嵌固条件。(3)如果左塔楼裙房侧向刚度足够大,可作为右塔楼裙房侧限。因此,右塔楼裙房可视为地下室,并可据此验算塔楼的嵌固条件
提醒设计人员特别注意:不等高基础设计时应注意的问题
对于有些结构,由于各种原因,设计院经常采用不等高基础(如下图所示),比如竖向构件之间基底标高相差很大,分别处于不同的持力层,此时应注意验算整体结构的倾斜。如下图八所示
结语:
坡地建筑并不是不可建造,主要是需要设计依据工程情况综合分析,选用合理的计算模型、设计参数,采取必要的技术措施后,依然可以保证建筑的安全可靠性。对于这样的建筑有其不同一般结构的特殊性,其主要问题在于建筑物在地震作用或土的侧压力作用下的扭转问题、抗滑问题、倾覆问题等,除建筑本身刚度不均匀引起扭转外,还会由于建筑四周约束情况差异引起扭转效应,同时抗滑移、抗倾覆问题也是这类建筑必须关注的问题。针对不同的工程情况应采取不用的设计方法和措施。
参考文献
[1]GB50007-2011徐正忠等《建筑地基基础设计规范》2011(7).
[2]JGJ3-2010汪大绥等《高层建筑混凝土结构技术规程》2011(6).
[3]朱炳寅.建筑结构设计规范应用图解手册[K].北京:中国建筑工业出版,2005.