小議坡地建筑的結(jié)構(gòu)設計

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由于坡地建筑的特殊性，其嵌固端不能建在一個平面上，所以不能與常規(guī)的建筑結(jié)構(gòu)等同設計。在結(jié)構(gòu)設計中，通常采用下面幾種常見的建模方法：（1）在PMCAD的樓層組裝中，逐層設支座，即將開始退臺的柱底設為支座。此方法比較繁瑣，層數(shù)較少的結(jié)構(gòu)可以使用此方法。（2）將高度填在PMCAD的設計信息中的與基礎(chǔ)相連的最大底標高中，即填入開始掉層的柱頂標高，此時軟件自動判別支座，這種方法較為便捷，操作方便。

盡管上述兩種處理方法具有一定的可操作性，但由于目前關(guān)于坡地建筑抗結(jié)構(gòu)的抗震性能研究的理論資料不夠充分，結(jié)構(gòu)設計人員對這種特殊結(jié)構(gòu)形式的認識也不足，無法從整體上把握這種結(jié)構(gòu)形式，結(jié)構(gòu)設計時主要按照工程經(jīng)驗進行設計。從“5•12”汶川地震的坡地建筑損害現(xiàn)象來看，經(jīng)驗做法往往存在潛在的缺陷。以下論述幾種常用的設計坡地建筑結(jié)構(gòu)的方法及其存在的問題。

（1）露樁設計。露樁設計在重慶較多，這種設計方法是將樁頂做平，然后在樁上修造建筑結(jié)構(gòu)。由于坡地的標高不同，造成了一部分樁埋在基巖中，一部分露在基巖外。這種設計方法之所以不合理，一是因為露樁會造成露在基巖外面的樁形成短柱，二是因為露樁在沒有側(cè)向基巖約束時，造成了柱的計算長度增長，與實際模型不相符。有震害調(diào)查[1]指出在地震下，采用樁柱體系，伸出地面的樁身頂部會嚴重破壞。

（2）先常規(guī)設計，再把豎向構(gòu)件往下落。該設計方法是一些結(jié)構(gòu)設計師在沒有明確的規(guī)范的要求下，采用的一種“虛模型”的設計方法。因為按常規(guī)的設計方法，可以避免吊層與掉層結(jié)構(gòu)計算模型中位移比、受剪承載力、剛度比超標的因素，然后再把不在同一標高上的豎向構(gòu)件落到基礎(chǔ)上，只用在配筋和截面上稍作加強。然而加強多少，并沒有量度；并且這一方法還忽略了一個重要問題，即常規(guī)結(jié)構(gòu)與坡地建筑結(jié)構(gòu)的受力的方式是否一樣。王麗萍[2]給出了掉層結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分配規(guī)律。

（3）將豎向構(gòu)件建在同一標高上設計。該方法與方法（2）類似，都是設計者人為地將計算模型簡化；然而這種簡化往往伴隨著較大的設計誤差。將豎向構(gòu)件建在同一標高上設計的方法就是先按不等高嵌固的模型計算，然后再將不等高的豎向構(gòu)件落到最下面一層吊層的底標高上再次計算進行對比設計。這種方法缺少可靠性，但是在表面上看起來合理，所以常常被設計者所采用。本文結(jié)合工程實例提出一種坡地建筑結(jié)構(gòu)的設計方法，其思路為先按照平地建筑進行結(jié)構(gòu)設計，在進行結(jié)構(gòu)施工時通過適當?shù)奶幚硎蛊渑c結(jié)構(gòu)設計模型相符合，以此實現(xiàn)坡地建筑的設計與實際結(jié)構(gòu)受力更為一致。

某坡地上工程為商住樓，框架-核心筒結(jié)構(gòu)，總面積為2.8萬m2，共27層（底部掉層2層），建筑總高度為97.2m?；鶞势诘幕撅L壓WO=0.40kN/m2（主體高度大于60m時按基本風壓的1.1倍取）；地面粗糙度為B類，建筑物的體型系數(shù)1.4，由于該工程位于坡地，還需按規(guī)范考慮其坡頂?shù)匦螚l件修正系數(shù)ηB?？拐鹪O防烈度為6度，設計基本地震加速度值0.05g，場地設計地震分組為第一組。場地類別為Ⅱ類，特征周期為0.35s，結(jié)構(gòu)阻尼比0.05，水平地震影響系數(shù)最大值0.04。

1地基基礎(chǔ)設計

（1）地質(zhì)條件經(jīng)現(xiàn)場工程地質(zhì)調(diào)查和鉆探揭示，場區(qū)內(nèi)未見不良地質(zhì)作用，地質(zhì)災害不發(fā)育，場地現(xiàn)狀穩(wěn)定，適宜該工程建設?；A(chǔ)持力層為以中等風化頁巖和粉砂巖為基礎(chǔ)持力層，頁巖飽和抗壓強度標準值為10.98MPa，地基承載力特征值為3.84MPa，砂巖飽和抗壓強度標準值為28.91MPa，地基承載力特征值為10.12MPa。（2）基礎(chǔ)設計（圖1）根據(jù)地勘報告，結(jié)合設計情況，該工程基礎(chǔ)選型如下：框架部分采用樁基，核心筒部分采用筏基。樁基采用人工挖孔樁，其基礎(chǔ)嵌入完整中風化巖層。嵌巖樁單樁豎向極限承載力標準值和設計值及嵌入中等風化基巖的深度按《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》(JGJ94-2008)第5.3.9條計算。相鄰有高差的樁基應滿足剛性角不大于45°的要求。（3）環(huán)境處理方案該工程場地高差變化不均，建筑結(jié)構(gòu)方案設計時充分利用場地關(guān)系進行設計，避免大開挖及高邊坡的出現(xiàn)。建筑主體部分位于周邊環(huán)境的高差較小部分，采用鋼筋混凝土擋土墻或重力式擋土墻支護，鋼筋混凝土擋土墻墻厚為250～400mm；重力式擋土墻根據(jù)支擋土層的高度按圖集04J008選用。由于基坑開挖而形成的臨時邊坡，采用自然放坡時，土層取1∶1.5，強風化巖層取1∶0.5，中風化巖層取1∶0.2。場地道路環(huán)境部分，部分區(qū)域高差較大，擬采用錨桿擋墻進行設計。

2掉層部分結(jié)構(gòu)設計

由于該建筑需要形成依山而建的效果，加之于坡地建筑的假定模型與現(xiàn)有的軟件模擬不相符，因此本設計采用了特殊的處理，使模型與真實邊界條件相吻合。處理簡圖見圖2，處理方法如下：（1）由于該工程巖石基本穩(wěn)定，不開挖就可達到穩(wěn)定持力層，因此將不掉層的柱下樁孔一直向下開挖，使各個樁的樁底平齊。（2）澆筑樁時，使樁頂控制于同一標高，然后預留豎向構(gòu)件插筋（位于樁孔中的柱子不能回填填料，避免造成不等高嵌固）。（3）掉層部分的豎向構(gòu)件通過水平轉(zhuǎn)孔，然后通過水平拉梁與非掉層的柱子形成整體結(jié)構(gòu)。通過上述方法處理后，結(jié)構(gòu)計算模型可按常規(guī)方法進行建模計算。但由于掉層與非掉層豎向構(gòu)件只有拉梁，沒有板，造成樓板開大洞時不連續(xù)，于是進行了超限分析。分析指標見表1。通過以上指標表格的顯示，該工程按常規(guī)結(jié)構(gòu)設計即可，按照抗震規(guī)范[3]的要求正常經(jīng)行抗震措施和抗震構(gòu)造措施，無需經(jīng)行特別處理。經(jīng)過彈塑性分析，在大震作用下，在樁孔中的柱子的位移小于柱頂?shù)綐哆叺木嚯x。因此，說明本文介紹的方法具有一定可行性。

現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)設計軟件不能合理模擬掉層與吊層的結(jié)構(gòu)，只有將復雜事情簡單化，才能使設計結(jié)果滿足規(guī)范要求。本文介紹的處理方法只適用于穩(wěn)定的巖石地基，其他類型的地基還有待研究。本文介紹的方法中，必需保證在樁孔中的柱與穿過鋼管的連系梁不被填料掩埋，這樣才能保證在地震作用下，結(jié)構(gòu)的整體協(xié)同工作，設計計算才可按常規(guī)結(jié)構(gòu)設計。（本文作者：曾偉、賀渝、黃江 單位：重慶宏筑建筑設計有限公司、重慶市渝北區(qū)建設工程質(zhì)量監(jiān)督站、重慶市美聯(lián)建筑工程有限公司）