斜山坡住宅建筑结构设计分析

作者:董方颖时间:2018-06-14 17:02:39  来源:  阅读次数:5次 ]

摘 要:在斜山坡建筑场地条件下,受斜坡地质条件影响,住宅建筑结构设计较为困难,尤其是基础结构设计和上部结构设计过 程。文章结合具体工程实例,就斜山坡住宅建筑的基础设计和上部构造设计进行了重点分析。

关键词:斜山坡住宅;建筑结构;基础设计;上部设计

1 工程概况

   某单位职工住宅小区建造在斜山坡地带,占地面积约 2 万 m2 ,总建筑面积约 2.2 万 m2 ,小区内拟建 5 幢 6+1 层砖混住宅 建筑。根据原地形的特点和场地工程地质条件,本着尽可能少 挖土方、降低造价的原则,5 幢建筑物顺山坡地形布局。将原 斜山坡修整为七个台阶地,每个台阶地高差 2.7m。按照设计 总体要求,5 幢建筑物均采用跌落法的建筑设计手法,即将台 阶地间的高差设于两个单元之间的横墙处,如下图 1 所示。由 工程地质勘察报告揭示的场地土层分布自上而下依次为 :冲填 土。粉质粘土和全风化泥岩。 图 1 建筑立面示意图 该项项目东侧为山坡,地势较高,地形起伏较大。根据国 务院《地质灾害防治条例》的有关规定和《岩土工程勘察规范》 (GB50021-2001)的规定,首先要对场地的山体稳定性和抗震 安全性进行专门的勘察和评价,根据地质勘察报告确定山地建 筑基础设计。在处理建筑造型不规则的基础上,还需根据山地 坡度和基础构造设计,完成上部结构构造设计。

2 边坡稳定性分析与处理

   在斜山坡上兴建多层砖混住宅建筑,位于建筑物边缘以外 的室外边坡可按常规方法设计处理。但当边坡位于建筑物下部 时,这种边坡已不是独立的土质边坡,而是与建筑物相关联的 边坡,其建筑物的上部荷载和基础形式将对边坡的稳定性产生 重要的影响。文章着重阐述这类位于建筑物下部边坡的稳定问 题。在进行该类工程的结构设计时,场地的稳定性主要包括三 个方面 :场地的整体稳定性、台阶处边坡及挡土墙的稳定性和 基础的稳定性。

2.1 整体稳定性

   该小区建筑场地为山区地貌,建筑场地位于江南隆起的东 南缘与华南活动带的拼贴复合部位,场地内无较大的区域性构 造通过,建筑场地范围内各层岩土体较稳定,未发现溶洞、土 洞等不良地质作用,场地稳定。但经人工开挖平整后,破坏了 原有的平衡状态,建筑物荷载作用亦会对场地的稳定产生一定 的影响。结构设计时,应对场地的整体稳定性进行分析、计算。

2.2 局部稳定性

(1)场地开挖形成的多级临空台阶破坏了原有场地的稳定 平衡状态。台阶的开挖、填筑和堆载也可对边坡的稳定产生 一定的影响。开挖边坡使坡体内土的初始应力状态改变,坡 脚附近出现应力集中带,坡顶和坡面的一些部位可能出现张 拉应力区。 (2)场地内建筑物下部的临空台阶在建筑物的上部荷载作用下具备坍塌条件。建筑物对坡体的稳定性影响主要取决于通 过基础传到坡体内的荷载。这些传到坡体内的建筑荷载作用在 滑动土体上 . 增加了滑动土体的下滑力,对边坡稳定产生一定 的影响。 (3)基础回填土未经压实固结处理可能造成的固结沉降 ; 堆填土在雨水或施工用水渗入软化后可能导致边坡局部失稳。

3 斜山坡住宅建筑结构基础设计

    对于斜山坡建筑单体,最复杂的就是住宅和地形结合的地 方接地模式,也就是斜山坡住宅建筑结构基础设计。以下为本 项目多层及高层两种情况的基础设计 : (1)根据岩土工程勘察报告,本工程为多层建筑,拟建场 区地层上部为人工填土,其下为第四系坡积物和岩层。根据勘 察报告结果,本工程未发现不良地质现象,场地较稳定,开挖 后大部分岩石裸露,承载力较高,基本适宜进行工程建设。但 仍需对岩石稳定性进行评价,对确需开挖地段应根据实际情况 确定是否需作边坡支护。 (2)上部为高层的退台式建筑,基础均采用扩展基础或桩 基础。

3.1 桩基设计

    建筑工程采用多栋分散形式,有多层建筑,也有高层建筑, 在建筑基础设计时不考虑回填土作为持力层,这是因为填土的 密实性及承载力不易满足相关规范的要求,否则有可能导致场 地易失稳现象,并且使得挡土墙设计难以进行。所以在基础设 计时无需将填土层的承载能力作为考虑因素,而采用设置浅基 或桩基将建筑荷载作用力直接传至下部可靠的持力层(即中风 化岩),这样可以将基础的抗滑移能力加以提高。

3.1.1 桩基计算

(1)在对基础桩基作结构的计算时,跨间范围内的填土压 力即为桩身荷载,此时如果考虑将桩作为基础兼抗滑移结构, 则对基础的作用力还应将滑动土的水平推力考虑在内,将工程 桩的桩顶位移控制在 5mm 以内。此外,桩身在穿过欠固结的 填土层时由于填土层沉降而产生负摩擦阻力,也应将其作为桩 的承载力之一而进行计算。 (2)因高层建筑荷载大受力复杂,对高层建筑不宜将工程 桩作为支护桩使用,而需根据实际情况另行支护,这样工程桩 的计算就简单多了,按常规设计即可。

3.1.2 桩身构造

(1)抗滑桩及考虑兼作抗滑移作用的工程桩,要求桩锚入 中风化岩、砾岩一定长度,通长配筋,以增加桩身配筋率和增 强桩的抗剪强度。 (2)高层建筑的桩基,应按抗滑移计算桩身配筋或按“规 范”要求构造配筋,箍筋加密范围不小于 5 倍桩身直径。

3.2 地基梁设计

   在对地基梁进行设计时,需要考虑下列因素 :地基梁是底 层填充墙体的荷重作用的主要承担者;高层部分设有地下车库, 为尽量满足建筑工程基础埋深的相关要求,在考虑水平荷载(如 风荷载、地震力等)时,适当增加梁高能够保证嵌固部位的刚 度、桩基的整体性良好,并能够使桩基与上部结构形成整体受 力体系以减少个别桩的可能失效对建筑设施产生的不良影响。

4 上部结构设计

4.1 结构计算模型

(1)对结构平面进行优化 :本工程位于遇度区,地震基本 加速度值 0.05g,平面布置中控制半框架的数量,两个主轴方 向不同时出现,每方向不超过两榀,同一方向不得连续出现。 (2)对基础嵌固位置的选取进行简化,由于本工程形体复 杂,为验证计算程序和模型的可靠性和准确性,本工程同时采 用 PKPM 和 ETABS 计算,尽量取为同一个标高,嵌固位置以 下部分采用刚度较大的短柱连接到基础。为保证短柱的嵌固作 用,结合《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2011)和《建 筑抗震设计规范》(GB50011-2010)在该项目中,控制,同时 短柱按计算进行配筋,且保证不少于其上一层对应柱每侧纵筋 面积的 1.1 倍。计算时应补充考虑不组合地震作用下的土体推 力作用,土体水平作用在整体模型中可不计入,如图 2。 图 2 结构计算模型 对不能采用短柱调整的实际楼层高差,定义连接基础的最 小层号为 2 层,仍可进行结构计算。短柱调整和定义连接基 础的最小层号为 2 层的方法建议在同一个结构模型中不同时 采用。 (3)对高层退台式建筑,尽量将退台处地梁层建模计算, 采取多个嵌固端的形式,退台位置按嵌固端构造要求处理。

4.2 上部特殊处理

    对坡屋面的处理 :采用规范推荐的算至山尖墙半高的模型 与 PKPM 结构平面计算机辅助设计程序内带的改变节点高建立 实型计算,进行包络设计。错层结构的建模 :因 TAT 结构三 维分析与设计软件在分析柱子计算长度时易识别错误,故采用 SAT 结构空间有限元分析设计软件进行计算。设计中还对关键 部位单榀框架采用 PK 框排架计算机辅助设计软件进行复核, 经对比分析,PK 计算平面内配筋略大,但考虑结构在空间协 同工作状态下的模态,最终仍按照 SAT 计算进行结构配筋。

5 结语

   斜山坡建筑在满足人类基本需求外,拥有更好的建筑艺术 享受。丰富的空间层次,优美的环境特点,较强舒适度和休闲性。 斜山坡建筑设计的基本理念是充分利用自然与坡地资源,构设 计的前提是边坡的稳定,因此首先应对原始边坡的稳定进行评 价,必要时采取边坡加固技术,对于有不均匀较厚表层土的高 层斜山坡建筑,基础宜采用人工挖孔桩基础形式。总之,在设 计的过程中,服从坡地自然形态,创造丰富的建筑空间,使建 筑成为自然的有机组成部分,达到人、建筑、自然的和谐统一。

参考文献 :

[1] 叶德艳,许久杰.关于斜山坡上多层建筑结构设计及基础处理问题 探讨[J].建筑工程技术与设计,2016(4).

[2] 叶绿素.房屋建筑结构设计中常见问题分析[J].建筑工程技术与设 计,2017(20).

[3] 蒋芝桂,王一.斜山坡地建筑地基基础及结构设计理论与应用分析 [J].建材与装饰,2017(44).

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