小議坡地建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
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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(shè)計(jì)。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(shè)支座，即將開始退臺的柱底設(shè)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(shè)計(jì)信息中的與基礎(chǔ)相連的最大底標(biāo)高中，即填入開始掉層的柱頂標(biāo)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(shè)計(jì)人員對這種特殊結(jié)構(gòu)形式的認(rèn)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(shè)計(jì)時主要按照工程經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。從“5•12”汶川地震的坡地建筑損害現(xiàn)象來看，經(jīng)驗(yàn)做法往往存在潛在的缺陷。以下論述幾種常用的設(shè)計(jì)坡地建筑結(jié)構(gòu)的方法及其存在的問題。
（1）露樁設(shè)計(jì)。露樁設(shè)計(jì)在重慶較多，這種設(shè)計(jì)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(biāo)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(shè)計(jì)方法之所以不合理，一是因?yàn)槁稑稌斐陕对诨鶐r外面的樁形成短柱，二是因?yàn)槁稑对跊]有側(cè)向基巖約束時，造成了柱的計(jì)算長度增長，與實(shí)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(yán)重破壞。
（2）先常規(guī)設(shè)計(jì)，再把豎向構(gòu)件往下落。該設(shè)計(jì)方法是一些結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師在沒有明確的規(guī)范的要求下，采用的一種“虛模型”的設(shè)計(jì)方法。因?yàn)榘闯Ｒ?guī)的設(shè)計(jì)方法，可以避免吊層與掉層結(jié)構(gòu)計(jì)算模型中位移比、受剪承載力、剛度比超標(biāo)的因素，然后再把不在同一標(biāo)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(qiáng)。然而加強(qiáng)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(biāo)高上設(shè)計(jì)。該方法與方法（2）類似，都是設(shè)計(jì)者人為地將計(jì)算模型簡化；然而這種簡化往往伴隨著較大的設(shè)計(jì)誤差。將豎向構(gòu)件建在同一標(biāo)高上設(shè)計(jì)的方法就是先按不等高嵌固的模型計(jì)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(biāo)高上再次計(jì)算進(jìn)行對比設(shè)計(jì)。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(shè)計(jì)者所采用。本文結(jié)合工程實(shí)例提出一種坡地建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法，其思路為先按照平地建筑進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)施工時通過適當(dāng)?shù)奶幚硎蛊渑c結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模型相符合，以此實(shí)現(xiàn)坡地建筑的設(shè)計(jì)與實(shí)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。基準(zhǔn)期的基本風(fēng)壓WO=0.40kN/m2（主體高度大于60m時按基本風(fēng)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。抗震設(shè)防烈度為6度，設(shè)計(jì)基本地震加速度值0.05g，場地設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)
（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(zāi)害不發(fā)育，場地現(xiàn)狀穩(wěn)定，適宜該工程建設(shè)。基礎(chǔ)持力層為以中等風(fēng)化頁巖和粉砂巖為基礎(chǔ)持力層，頁巖飽和抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為10.98MPa，地基承載力特征值為3.84MPa，砂巖飽和抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為28.91MPa，地基承載力特征值為10.12MPa。（2）基礎(chǔ)設(shè)計(jì)（圖1）根據(jù)地勘報(bào)告，結(jié)合設(shè)計(jì)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(fēng)化巖層。嵌巖樁單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值和設(shè)計(jì)值及嵌入中等風(fēng)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(jì)算。相鄰有高差的樁基應(yīng)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(shè)計(jì)時充分利用場地關(guān)系進(jìn)行設(shè)計(jì)，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(hù)，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(qiáng)風(fēng)化巖層取1∶0.5，中風(fēng)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(jìn)行設(shè)計(jì)。
2掉層部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
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(shè)計(jì)采用了特殊的處理，使模型與真實(shí)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(dá)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(biāo)高，然后預(yù)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(jì)算模型可按常規(guī)方法進(jìn)行建模計(jì)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(jìn)行了超限分析。分析指標(biāo)見表1。通過以上指標(biāo)表格的顯示，該工程按常規(guī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)軟件不能合理模擬掉層與吊層的結(jié)構(gòu)，只有將復(fù)雜事情簡單化，才能使設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)計(jì)算才可按常規(guī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。（本文作者：曾偉、賀渝、黃江 單位：重慶宏筑建筑設(shè)計(jì)有限公司、重慶市渝北區(qū)建設(shè)工程質(zhì)量監(jiān)督站、重慶市美聯(lián)建筑工程有限公司）