张彍
四川中泰联合设计股份有限公司贵州分公司 贵州 贵阳 550000
摘要:现阶段所采取的坡地建筑结构设计方法在实际应用中存在局限之处,实际结果与计算模型存在较大差异。文章以坡地建筑结构设计的问题作为切入点,探讨相适应的设计方法,总结设计要点,以期给坡地建筑结构设计工作提供参考。
关键词:坡地建筑;结构设计;问题研究
引言:目前伴随着现代人们财产生活品质水平的不断提高,对人居自然环境的安全要求不断大大提升,与自然环境相紧密适应、与城市地形相紧密结合的城市坡地主体建筑越来越多的形式出现在各个城市民用新区中,使城市坡地主体建筑采用结构设计更多的形式呈现在城市民用建筑结构设计中。
一、设计建模问题及其设计方法
通过YJK结构设计软件建模,需遵循逐层设置支座的原则,实际操作环节较多、工作量较大,在层数较高的坡地建筑中缺乏可行性,即便在小型坡地建筑结构设计工作中也需要耗费大量时间。YJK软件建模图在楼层构件组装掉落过程中,与建筑基础构件相连建筑构件的大顶小底标高无需填写与建筑基础构件相连的大顶小底标高,即使所对应的构件是刚刚开始组装掉落楼层的建筑柱顶,在此过程工作管理机制下的该软件系统会实现自动识别柱顶支座,操作相对便捷。设计人员需要提高综合水平,广泛收集抗震设计相关资料,兼顾多方面因素系统性地做好结构设计工作,保证各项设计内容都满足要求。即对应的是开始掉层的柱顶,在此工作机制下软件会自动识别支座,操作相对便捷。设计人员需要提高综合水平,广泛收集抗震设计相关资料,兼顾多方面因素系统性地做好结构设计工作,保证各项设计内容都满足要求。
二、基础设计问题及其设计方法
坡地建筑常用基础形式有筏板基础、复合地基基础和桩基础。筏板基础、复合地基基础是风化岩土层或基岩出露面较浅的坡地建筑常用的基础形式,关键在于尽量保证基底持力层一致,基底标高尽量处于同一水平面及不存在临空面。当地下桩基基础附近为所有临近水空面时,应验证计算向所有临空水平面的基础倾覆和地基滑移时的稳定性。存在不稳定的砂岩临时填空面时,应将砂岩基础层的加埋深度应加大至下面起伏成为稳定的砂岩体,并同时满足接地抗应力倾覆和接地抗应力滑移性能要求。同一坡地基础的不同地基材料可以根据不同坡地材质地形或不同台地地质要求对开放阶进行处理,但地基应同时满足坡地抗应力倾覆和坡地抗应力滑移性能要求。因坡地多为地层起伏且基岩上部可压缩层厚度不均,筏板基础、复合地基基础较难控制建筑物的大沉降量和整体倾斜量,此时宜设置200~300mm的褥垫层作为调节上述不利因素的措施,或加大埋深,使同一基础处于相同稳定的地基持力层。筏板基础或复合地基基础能提高坡地建筑抗滑移安全系数,建议根据地质情况优先采用或与桩基础组合使用。桩基础建设关键在于同时做好水平桩底,尽量不能保证两个桩底潜在处于同一滑动水平面以上标高及同一硬质岩层,桩端岩土应同时进入潜在处于滑动水平面以下稳定硬质岩土的基层内,并对桩底应进行同一整体桩的稳定性强度验算及同一水平面的承载力强度验算。坡地桩基础易形成露桩,即因坡地地形差异,部分桩出露基岩外,部分桩则埋于基岩内。基岩外的桩主要采取短柱桩的形式,难以获得侧向基岩的约束,为获得足够的基岩约束需增加柱桩的设计长度,因此会出现与实际模型不匹配的情况并增加施工难度。有研究表明,对于地震高发区而言,在坡地建筑结构设计工作中,露桩设计的方式会导致外露地面处的桩身缺乏稳定性,表现出受损、变形等问题,并作用于建筑整体。综上,需要注重桩基础设计要求,采取合适的措施以维持基岩外桩的稳定性,确保其与实际模型保持一致,且在条件允许的情况下尽可能避免短柱桩的形式。
在建筑过程中需要考虑土石方平衡，考虑将坡地表面的土方（分台阶处理）局部开挖回填至中部的冲沟处，项目前期要把土石方控制在合理值范围，关键是在前期标高设计上非常精细。在建筑方案确认方案后，各专业根据现有场平情况确定各栋单体的综合指标，平衡每栋楼的建筑标高、道路坡度、是否设置地下室及地下室的层数和高度（高层考虑基础埋深，地下室集中于北侧高层处），确定填挖方的比例和坡度的大小，尽量减少开挖量，避免大挖大填，尽量保证本场地内的土石方平衡。挡土墙是坡地工程无法回避的难点，挡土墙本身的造价高，包括挖土和填土，墙背土方的夯实等。对挡土墙最好的选择是控制其高度在合理的范围内，可采用分台、顶部放坡等方法降低挡土墙的高度。建筑整体周边与外侧道路间有较大的高差处，结合地下室外墙和建筑景观绿化放坡等方式，减少独立挡墙的数量。坡地建筑设计过程中，地质灾害是建筑工程安全性的重要因素。在建筑工程设计中，需加强对排水等综合管网的布局。根据坡地的具体走势，设计出高效、合理的排水系统，保证及时的降水，确保建筑基础的稳固。对有暴雨可能的城市，为了保证瞬时的水头增高影响地下室的抗浮安全，可以在簸箕型的地下室侧边设置排水盲沟等措施，保证地表水的及时排出，减少需要设置抗浮的设计水头，降低设置抗浮措施的工程造价。
三、坡地建筑结构设计缺乏针对性
常规设计方式在坡地建筑中存在可行性不足的情况,缺乏对各项特殊施工内容的针对性分析,仅停留在"虚模型"的层面。若采用常规设计方式无法提供准确的加强量度,同时坡地建筑结构的受力也将处于异常状态,影响到建筑整体的稳定性。部分坡地建筑工程中,竖向构件均采取相同的标高控制标准,此时计算模型变得更加精简,但存在较明显的偏差,不符合实际要求。竖向构件采取相同的标高时,则要分别计算不等高嵌固后的模型,确定各高度所对应的竖向构件的具体设置方式,使其能够下落至一层掉层的底标高上,再分别展开计算与对比分析。此方法的优势在于便捷性较高,但缺乏可靠性,即在实际使用中存在诸多不适用之处。对此,坡地建筑结构设计时必须富有针对性,不可完全依赖常规方法展开设计工作,要以实际情况为立足点,兼顾地形、地质等因素对建筑结构所造成的影响,将其作为坡度建筑结构设计的重点考虑对象,采取正确的设计方法,提高结构设计方案的可行性。
四、坡地建筑结构设计抗滑移与抗倾覆的验算问题
坡地建筑常见一面为高填土区,一面为临空面,使建筑物承受较大的水平推力。设计阶段必须准确计算建筑物的抗滑移及抗倾覆稳定性,确保建筑物的安全,可在方案阶段根据地形坡度设置独立重力式挡土墙及阶梯型半地下室,形成"类卸荷平台"作用,可减少土推力对建筑物的影响。在设计过程中,除常规验算土推力对建筑物的整体稳定性的验算外,对于高层及超限高层建筑还需进行大震作用下的基底剪力与地震工况下的土推力的合力对建筑物整体稳定性的验算,风荷载工况作用下的基底剪力与土推力的合力对建筑物整体稳定性的验算。
五、结束语
土地资源有限,社会经济的发展导致土地资源紧缺的局面愈发明显。在此背景下坡地建筑成为重要突破口,其建设规模随之扩大,但地形、地质条件错综复杂,必须做好坡地建筑结构的设计工作,使建筑各部分维持稳定,构成完整的整体结构,保证建筑物的安全可靠。
参考文献：
[1]宋兵.山地建筑结构设计的相关问题探讨[J].四川建材,2017,43(09):97-98.
[2]朱贝宝.坡地建筑结构设计的相关问题[J].建筑结构,2016,46(S2):122-125.
[3]牛发运.坡地建筑结构设计的探讨[J].河南建材,2016(05):109-110.
[4]吕东.坡地建筑地下室相关结构设计问题[J].住宅与房地产,2016(12):51.
[5]刘松,张灵燕.关于坡地建筑结构设计的探讨[J].科技与企业,2016(05):120-121.