山地建筑结构特殊问题与研究进展综述

发表时间:2021/8/5   来源:《建筑实践》2021年3月(下)第9期   作者:张继宇
[导读] 在我们人类发展历史中,山地建筑应用的历史非常悠久。

        张继宇
        身份证号码:53232419911212****
        摘要:在我们人类发展历史中,山地建筑应用的历史非常悠久。近年来,在社会快速发展下,山地资源开发需求也在不断的增加,在这种请款下,山地建筑活动也更加的频繁。山地建筑,其结构的形态,是其山地环境来决定的,与山区地形进行结合,减少坡地高填高挖,山地地形的倾斜和起伏,使得山地建筑设计中出现了接地问题。在结构设计中,就称为山地结构。这些年,山地建筑结构问题受到了各界人士的关注与研究,并且取得了良好的研究成果。
关键词:山地建筑;建筑结构;特殊问题研究
1.山地建筑结构概述
        山地建筑结构,其基础嵌固端没有在同一水平面上,同时针对其同一水平面结构也无法进行简化。和传统建筑结构比较,其区别在于接地形式之间存在一定的差异[1]。
接地形式差异,在一定程度上,会影响竖向水平面上结构的刚度,导致其出现不均匀现象,另外,当水平力传至地基时,是在不同阶段下来进行传至的,而这也是山地建筑,其和普通建筑结构受力及变形特点有差异的原因。值得注意的是,无法利用简化计算,对山地建筑结构刚度分布进行测定。而且相关研究也进一步表明了,在计算底部不等高框架内力的时候,采用D值法是无法准确计算出来的,并且在底层、第二层和顶层,会有较大的误差;针对掉层结构,根据“等效柱法”,将掉层及不接地部分的不等高柱基截面进行删除,这种方法,使得上部地平面竖向构件内力分布精度较高。但是,掉层其不受水平作用前提下,刚度的计算,与地震作用下结构刚度分布具有一定的差异。通常情况下,因为端部是固定连接的,其上部的地层竖向接地构建刚度比较强,这个时候,受水平力作用,楼层剪力基本上被构件给分担。在横坡方向,由于高度约束不均,上接触层刚度中心与质量中心,其两者之间存的偏心比较大,即使对结构布置进行调整,其偏心也很难消除掉,进而导致结构出现不可避免的扭转效应。
        结合接地形式,山地建筑结构形式可以划分为四种,分别是掉层、吊脚、附崖及连崖(图1)。同时,这四种不同的结构形式,还可以衍生出多种接地建筑结构。在掉层结构中,其同一单元中,通常有两个或者是多个不在同一平面的嵌固端,此外,还利用了坡地高差处的空间;掉脚结构,其通过采用不同长度的立柱,在斜坡上搭设平台;而附崖结构,其和山崖竖向的截面是重合的,同时也是连接在一起的;连崖结构,是将建筑出口设计在建筑物的上部位置,并保障出口与崖体、建筑结构之间连接在一起。与普通的建筑结构相比,山地建筑结构及边坡两则之间有一定的复杂联系,因此,导致边坡出现小变形后,也会引起结构出现较大的内力现象。而且,通过对多层接地框架结构相互作用的分析,充分说明基础条件会明显影响其性能。因此,在研究山地建筑结构性能的过程中,这也是一个不容忽视的重要因素。

2.坡地场地与地基研究
        针对坡地与场地自身来说,山地建筑结构的存在,其在一定程度上会影响边坡。D.K.Paui其在研究的过程中,强调了针对结构坡地及场地,在边坡稳定计算过程中,有必要从结构基础上考虑荷载。同时,在不同的结构布置下,有必要对边坡的安全系数和规律进行分析。


        Y.Singh等在研究的过程中,结果表明,山地建筑结构与边坡的相互作用程度高于常规建筑结构Ⅲ1,通过研究山地建筑结构对边坡安全的影响,发现在地震和重力作用下,地基或结构可能对边坡产生一定的影响和破坏。
        王方其在研究过程中,通过对边坡建筑物稳定性的研究,指出边坡的受力分析主要包括建筑物荷载、地震动效应、地应力等,其中不可忽视的是建筑物荷载[2]。
        陈欣其在研究过程中,研究了桩基础对支护结构侧向土压力的影响。认为在静力作用下,在无外倾结构面的锚杆支护设计过程中,应考虑建筑桩基的影响。此外,在动力作用下,土坡中的桩基会向挡土墙传递附加的土动力。
        王芳等其在研究中,对斜坡上修建多层建筑物时的边坡稳定性、挡土墙设计和不良地基处理等进行了研究和探讨,并且提出了基础、场地及地基,需要和上部结构进行协调计算和设计。
3.荷载与作用研究
        由于边坡场地存在一定的特殊性,因此,容易导致山地建筑结构风荷载及地震作用,和普通的建筑结构存在一定的而不同之处,而且,接坡方式的不同,有可能导致岩土压力等问题的存在。
3.1风荷载
        针对山地坡体来说,通过数值模拟机风洞试验研究可以返现,整个山体侧风面的加速效应是不容忽视的,侧风面加速度效应,其应该起到控制的作用,同时还要根据《建筑结构荷载规范》,去迎风坡及背风坡的建议值,会存在一定的不安全因素。如果只是针对单个的结构来说,基础标高的不同,在不同的风面作用下,会导致建筑结构的室内外地面标高和受力面积不同,在对风荷载进行计算的时候,不同的受风面,其风荷载起算点也存在一定的差异。
3.2地震作用
相关研究也表明,针对局部突出的地形,其对地面地震放大作用是不可忽视的[3]。在汶川大地震中,斜坡及坡顶上的建筑物,其在地震中所遭受的损害比周围普通的建筑物损害更为严重一些。除了建筑物边坡稳定,及其自身设计因素存在问题之外,斜坡及坡顶上的地震动方大也是不可忽略的问题之一。在《建筑抗震设计规范》中,针对局部突出地形中,在抗震规范第4.1.8条已经给出顶部水平地震影响最大值放大系数,但是在规范中,针对斜坡上位置并没有对其规定。任毅及王丽萍等,其在研究的过程中,通过二维空间模拟,研究了不同坡高和坡角对场地反应的影响,提出了水平和垂直设计地震动对边坡的放大系数。
        在坡地场中,坡地下方和上方的地面,其在地震动时在一些差异(如图2所示)。坡上地震动的振幅和反应谱在一定程度上受土质条件和坡高的影响。而且,通过对非岩基础上的山地建筑结构的研究,可以看出,当约束高度差较大时,如果采用基础嵌固刚性地基模型,如果考虑地震动的放大,则应考虑不同结构的输入振动差异。在相同的输入下,结构的某些楼层将不安全,这是需要引起重视的问题。

结语
        综上所述,本文通过对斜坡场地及地基、荷载和作用的研究,阐述了山区建筑结构的特殊问题。现有的研究成果对进一步认识山地建筑结构的特殊性具有一定的参考价值。因此,研究山地建筑结构的特殊问题是十分必要的。
参考文献
[1] 陈志博,曹文慧. 山地建筑结构设计常见问题与处理措施[J]. 中国房地产业,2021(7):62.
[2] 童军辉. 关于山地建筑的特点及结构设计的思考与启示[J]. 建设科技,2021(3):116-119.
[3] 熊晓波. 探索山地建筑结构设计中的常见问题及对策[J]. 中国房地产业,2020(20):47.
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