坡地多層地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究范文

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摘要:

結(jié)合實(shí)際工程情況，從不平衡推力的抵抗、嵌固部位的選取等方面，分析了坡地上局部多層地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的問題，并通過對(duì)不同結(jié)構(gòu)布置方案受力性能的研究，提出了一些合理的設(shè)計(jì)建議，為相似工程提供參考。

關(guān)鍵詞:

地下室，不平衡推力，擋土墻，嵌固端，位移角

1概述

隨著城市建設(shè)的大發(fā)展，建設(shè)用地作為一種資源越來(lái)越受到社會(huì)的關(guān)注，工程建設(shè)場(chǎng)地的選取也相應(yīng)受到了較大的限制。工程建設(shè)應(yīng)保護(hù)環(huán)境，不應(yīng)以破壞環(huán)境為前提來(lái)確保項(xiàng)目的實(shí)施;以可持續(xù)發(fā)展觀為先決條件，少占耕地、綠化用地等。因此，工程建設(shè)場(chǎng)地逐步由單一平整的場(chǎng)地向條件復(fù)雜的場(chǎng)地過渡，如坡地、洼地等。這類場(chǎng)地因其條件特殊、復(fù)雜多變，給結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提出了更高的要求。

2工程概況

本文所選的建筑是烏魯木齊地區(qū)一棟框架結(jié)構(gòu)的文化館，地下2層，地上3層，地下室層高均為4．0m，地上層高分別為4．2m，3．9m，3．9m，場(chǎng)地類別為Ⅱ類，設(shè)防類別為8度，設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0．2g，設(shè)計(jì)地震分組為第二組，場(chǎng)地特征周期0．40s。建設(shè)場(chǎng)地位于一坡地上，地勢(shì)南高北低。建筑南入口(主入口)從±0進(jìn)入建筑，北入口(次入口)從－1層進(jìn)入建筑。平面及剖面示意圖如圖1，圖2所示。

3工程分析

3．1方案比較分析因建筑場(chǎng)地位于一坡地上，結(jié)合圖1，圖2可知，建筑的地下－1層南側(cè)有兩層覆土，北側(cè)有一層覆土，其余兩側(cè)覆土隨自然地勢(shì)變化。因覆土對(duì)結(jié)構(gòu)具有側(cè)向力作用，若建筑四周的覆土情況不一致，覆土將對(duì)建筑產(chǎn)生水平方向的不平衡推力。這一不平衡推力對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的作用方向是恒定不變的，這對(duì)結(jié)構(gòu)整體特別是地下－1層來(lái)說具有很大的不利影響。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，不僅僅是需要設(shè)置擋土墻［2］等構(gòu)件來(lái)抵抗這一部分的不平衡推力，還需要對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整來(lái)滿足整體結(jié)構(gòu)的剛度偏心，結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)等各項(xiàng)指標(biāo)。圖3為本工程前期方案(方案一)－1層結(jié)構(gòu)平面布置圖，東西兩側(cè)因豎向擋土墻對(duì)稱布置，對(duì)結(jié)構(gòu)影響不大。但因南側(cè)水平向擋土墻較長(zhǎng)，剛度大，為防止本層結(jié)構(gòu)剛度的嚴(yán)重偏心，在建筑專業(yè)允許的條件下，在北側(cè)兩跨框架內(nèi)設(shè)置了剪力墻。通過分析計(jì)算，此結(jié)構(gòu)布置方案不能較好的解決結(jié)構(gòu)剛度偏心，結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)等問題。若當(dāng)建筑整體各項(xiàng)指標(biāo)都能較好滿足規(guī)范要求時(shí)，結(jié)構(gòu)構(gòu)件尺寸較正常情況偏大較多，整體經(jīng)濟(jì)性較差，不利于建筑豎向及平面的布置，對(duì)建筑功能發(fā)揮有一定的影響，故最終未選取此方案進(jìn)行施工圖設(shè)計(jì)。上面這一方案采用硬“抗”的方式利用－1層結(jié)構(gòu)的整體來(lái)抵抗因土壓力而引起的不平衡推力。通過對(duì)本工程受力特性的思考和剖析，發(fā)現(xiàn)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中主要問題是，如何有效的消除或削弱不平衡推力對(duì)結(jié)構(gòu)的影響。對(duì)此我們采用了一種新的設(shè)計(jì)方法來(lái)解決這一問題。覆土對(duì)結(jié)構(gòu)的不平衡推力是不可消除的，但我們可通過結(jié)構(gòu)的構(gòu)造做法來(lái)改變不平衡推力的作用部位，以實(shí)現(xiàn)削弱其對(duì)結(jié)構(gòu)整體的影響。通過對(duì)項(xiàng)目的分析研究，得出利用地下－2層結(jié)構(gòu)來(lái)抵抗覆土的不平衡推力比較有利。原因如下:地下－2層四周均有覆土，并在外墻處均已設(shè)置了擋土墻，該層的結(jié)構(gòu)剛度大，且四周又有覆土的側(cè)向約束，能較好的抵抗由－1層傳遞來(lái)的不平衡推力。剖面示意圖(二)見圖4。由圖5可知，本工程南側(cè)的覆土通過設(shè)置懸臂擋土墻來(lái)抵抗，其中因懸臂擋土墻的緣故，擋土墻與－1層主體結(jié)構(gòu)脫開，由覆土產(chǎn)生的水平向推力由懸臂擋土墻傳遞至－2層頂板，改變了傳統(tǒng)方案?jìng)?cè)向推力的傳力路徑，削弱了不平衡推力對(duì)結(jié)構(gòu)的影響。由此我們可認(rèn)為本工程為一棟地下1層、地上4層的普通建筑。此方案(方案二)－1層結(jié)構(gòu)平面布置圖如圖6所示。

3．2計(jì)算分析1)嵌固部位的選取。正確選取嵌固端及計(jì)算模型與多高層框架結(jié)構(gòu)的計(jì)算結(jié)果有密切的聯(lián)系［3］。一般情況下，對(duì)于帶地下室的建筑，通常選取地下室頂板作為嵌固部位。GB50011—2010建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范［4］第6．1．14條給出了地下室頂板作為上部結(jié)構(gòu)的嵌固部位應(yīng)符合的要求，其中條文說明中指出“這里所指地下室應(yīng)為完整地下室”。本工程由于－1層地下室為非全埋地下室，故上部結(jié)構(gòu)的嵌固端不能選取在－1層頂板，嵌固端選取在－2層頂板較為合適。2)位移角和剛度。本文選用SATWE軟件進(jìn)行計(jì)算分析，根據(jù)計(jì)算結(jié)果得出方案一和方案二X，Y向最大層間位移角曲線(如圖7，圖8所示)以及各樓層的剪切剛度(如表1，表2所示)。由以上計(jì)算結(jié)果可知，方案一因在－1層設(shè)置了擋土墻，剛度較大，－2層的層間位移角很小，幾乎可以忽略不計(jì)。若不考慮其他因素，僅從最大層間位移角曲線圖上判斷，我們可以認(rèn)為，方案一的嵌固部位選在了－1層頂板處。對(duì)比方案一和方案二的計(jì)算結(jié)果，我們可以判斷出方案一嵌固端上部結(jié)構(gòu)在－1層頂板處發(fā)生了剛度突變。另外，方案一－1層雙向均布置了剪力墻，此層結(jié)構(gòu)接近框架—剪力墻結(jié)構(gòu)，而上面3層為框架結(jié)構(gòu)。相比于方案二嵌固端上部為純框架結(jié)構(gòu)體系的建筑，方案一在模型計(jì)算分析時(shí)整體結(jié)構(gòu)體系的選定上存在一定問題，結(jié)構(gòu)整體抗力體系不明確，無(wú)法準(zhǔn)確的判斷是框架結(jié)構(gòu)或是框架—剪力墻結(jié)構(gòu)。若實(shí)際情況中存在類似的工程，從安全角度出發(fā)，建議采用包絡(luò)設(shè)計(jì)的方法來(lái)處理。結(jié)構(gòu)體系分別選框架結(jié)構(gòu)和框架—剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算，在滿足要求的基礎(chǔ)上，計(jì)算結(jié)果取大值。

4結(jié)論與建議

1)本文方案二－1層擋土墻與結(jié)構(gòu)主體脫開的做法能夠較好的解決局部地下室擋土墻布置偏心的問題，但此種做法存在一定的限制。當(dāng)該層層高較大時(shí)，懸臂擋土墻較難滿足設(shè)計(jì)要求，整體經(jīng)濟(jì)性較差。另外，對(duì)于雨水較多的地區(qū)，脫開部位的防水工作顯得尤為重要。2)可結(jié)合不同工程的各自特點(diǎn)，選用不同的構(gòu)造做法(如圖5所示)，來(lái)簡(jiǎn)化計(jì)算模型，便于后期的計(jì)算分析。3)由于坡地建筑易形成平面、豎向不規(guī)則，扭轉(zhuǎn)效應(yīng)明顯，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況合理確定結(jié)構(gòu)的嵌固部位。4)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)坡地的實(shí)際情況及建筑的特點(diǎn)合理確定結(jié)構(gòu)方案。最好做到在建筑方案創(chuàng)作階段結(jié)構(gòu)專業(yè)就能夠參與其中，給出合理化建議。

參考文獻(xiàn):

［1］張朝云．帶地下室高層建筑結(jié)構(gòu)嵌固端的選擇及相關(guān)問題研究［D］．重慶:重慶大學(xué)，2008．

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［3］孫洋，巢斯．地下室側(cè)向剛度對(duì)多高層框架結(jié)構(gòu)的影響［J］．佳木斯大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2015，33(1):124-125．

［4］GB50011—2010，建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范［S］．

作者：武凡 單位：新疆兵團(tuán)勘測(cè)設(shè)計(jì)院( 集團(tuán)) 有限責(zé)任公司