坡地建筑的结构设计实例

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  摘 要:我国是一个地形比较复杂的国家,而当前我国的土地形势并不是十分的乐观,在这样的情况下,我们就需要对各种地形条件都予以充分的利用,只有这样,才能更好的提高土地的利用率,而坡地建筑也在这一过程中渐渐兴起,而坡地建筑和普通的建筑有着非常明显的不同,因此,我们需要对其结构设计进行简要的分析和研究。
  关键词:坡地建筑;岩体稳定性;嵌固层;依山半地下室
  本文主要以某医院新建门诊病房综合楼为例,对坡地建筑的结构特征进行了详细的分析,同时还阐述了一些坡地建筑结构设计中的一些比较有效的方法,从而使得建筑设计的科学性和合理性能够得到全面的保障,提高坡地建筑结构设计的质量和水平。
  1、工程概况
  某医院新建门诊病房综合楼场区地位于侧山坡上,地势较高,地形起伏较大。工程建筑面积2.5×104m2。按建筑功能划分为A区和B区,A区地下1层,地上4层;B区地上6层。工程依山而建,A区3层、4层和屋面分别与B区首层、2层、3层相连。由于受建筑功能布置的限制,本工程A区和B区采取不分缝结构设计。
  2、地基处理及基础设计
  2.1地质水文条件
  本工程拟建地点的地势比较陡峭,主要处在了山坡的中部位置,在这样的情况下就可能会存在着一定的山体稳定性问题及不安全因素。工程建设的过程中必须要对一部分的山体进行开挖处理,同时还要对场地的山体稳定性进行全面的勘察和客观的评价。按照地质灾害评价的最终结果,拟建场地所处的位置不存在对场地稳定性产生负面影响的因素,比较适合当做建筑场地,但是场地处在了山前地带,地质条件本身具有非常明显的复杂性,围岩护坡的高度应该至少在20m,在一些极端恶劣的天气条件下可能会出现一些地质灾害隐患。
  本工程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,自上而下分为4大层。第①层为人工填土,主要为灰渣、砾石和建筑垃圾;第②层为山前坡积物,风化程度很高,为角砾含土,以坡积的碎石和角砾为主,砾径不等,菱角锋利,层间夹有粉质黏土,土的含量不均;第②层以下为岩层,为侏罗系南大岭组的基性浅成或喷出岩浆岩—玄武岩;第③层为强风化玄武岩,岩体破碎,裂隙很发育,结构大部分被破坏;第④层为中风化玄武岩,裂隙发育,岩体较完整;第⑤层为微风化-完整玄武岩,岩芯完整。勘察范围内未发现地下水,在进行建筑物基础设计和施工时可不考虑地下水影响。
  2.2基础设计
  从上述的地质条件当中我们就可以充分的看到,第③层和第④层都是非常好的持力层,A区的地下1层层高为3.9m。其为全地下室结构。基底标高的位置就是第③层和第④层,为了能够有效的控制岩土的开挖量,我们在工程施工的过程中一定要对基础沉降差进行复核处理,A区施工中采用独立基础的形式,基础持力层是第③层和第④层,基础埋深1.5m,地下室底板设置配筋地面,它能够非常好的降低岩石风化的速度。
  B区的第一层和第二层都设置了结构基础,同时基础设置在了坡体台阶的上面,没有设置全地下室结构,岩体呈外露的状态,按照勘察钻孔资料上的显示,B区在施工的过程中采用的是独立基础的形式。基础持力层选择的是第④层是中风化的玄武岩,为了防止地基出现严重的风化和溶蚀现象,应该采取有效的措施加大基础的埋深、我们先取2.5m,此外还要切实的保證地面排水设计的质量和效果。
  B区和A区交接的位置有一个高度为9m的岩石坡体,岩体以上的B 区基础的荷载对岩体的稳定性可能会产生一定的负面影响,在设计的过程中应该采用以下措施来确保建筑物的稳定性。如果B区基础底部的岩石裂隙面的倾斜角度以及倾斜方向是背对A区的时候,岩体稳定性受到的影响就不是十分的明显,但是因为基坑开挖的过程中会对岩层的连续性以及整体性产生非常明显的破坏,在这样的情况下还有可能会出现失稳的现象。为了保证B区基础的稳定性及整体性,独立基础之间应该设置基础拉梁,同时还要设置厚度为200mm的构造底板,这样就起到了增加埋深的作用。如果B区基础底部的岩石裂隙面倾斜角和倾斜的方向正对A区的时候,我们除了要采取以上措施之外,还要对岩体进行基础处理,采用挡土墙和于永利锚杆永久型的支护方案,一方面可以非常好的确保岩体和上部结构一直处于稳定的状态,同时还能有效的降低岩体受到风化影响的程度。
  3、多个嵌固层的处理
  由于受建筑功能布置的限制,本工程A区和B区采取不分缝结构设计,A区和B区同为一个计算单元。A区地下1层全部埋于地下,嵌固于首层,绝对标高63.400m;B区没有全部埋于地下的楼层,嵌固于基础,而B区基础依地势分别位于B区首层和2层,绝对标高分别为76.300m,80.700m。可见,本工程有3个嵌固楼层,而每个嵌固楼层仅对局部抗侧力构件进行了6个自由度的约束。
  在A区地下1层设置全地下室,在B区首层和2层设有基础的柱底、剪力墙底施加支座固接约束。针对多个嵌固层,计算中采用与实际相符的计算模型,为验证程序和模型的可靠性,同时采用PKPM和ETABS计算。从概念上把握结构的整体抗震性能,应该加强A区和B区的整体性,充分利用B区两层局部嵌固对整体结构的有利影响:A区3层和B区首层、A区4层和B区2层均采用框架梁+厚板的楼盖体系,并双向双层配筋,配筋率不小于0.2%,增强楼板整体性和传递地震力的能力。
  对A区结构而言,上下端均被嵌固,重点应该防止中部扭转作用,故设计时在A区远离B区部分加对B区结构而言,主要针对底部3层,由于A区结构对其的拖累作用,使得B区底部承受较大的地震剪力,设计时采用加设剪力墙、加大基础埋深、原槽开挖基坑、加设基础拉梁和构造底板的方法予以增强,同时控制底部3层的扭转位移比。
  以上概念和模型计算结果基本吻合。从各层质心振动简图中可以看出,底部几层位移较小,说明B区底部的嵌固对于整个结构的有利影响较大;只有高振型底部几层的位移稍大,这主要是结构扭转位移导致的。
  4、依山半地下室的设计
  本工程A区首层、2层的东侧和北侧没有被岩土遮挡,而西侧和南侧为山体,为迎坡面;同样,B区首层、2层的东侧和北侧没有被岩土遮挡,而西侧和南侧为山体,为迎坡面。按照通常做法,在迎坡面设置钢筋混凝土外墙作为挡土墙,但是这样带来两个问题:第一,由于设置的钢筋混凝土外墙对于整个建筑不对称布置,加上外墙刚度极大,所以造成
  结构刚心与质心偏离较大,结构扭转严重;第二,由于钢筋混凝土外墙与岩体直接接触,岩体振动直接传给结构,从而使结构在嵌固层以上受到不确定的水平地震力,对结构产生不利影响。基于以上分析,
  本工程采取护坡与结构主体完全分离的设计方法,避免了以上问题的发生。
  5、结语
  坡地建筑结构设计是一个相对比较复杂的过程,同时它也有很多的要求,我们在设计的过程中一定要充分的考虑到建筑地区的地质情况、工程的要求等等诸多因素,只有这样,才能采取有效的措施做好设计工作,从而保证建筑的性能和质量。
  参考文献:
  [1]郑毅敏,卢宇航,胡宇滨,沈伟宇,赵昕.山坡地区建筑的基础设计[J].结构工程师.2008(03)
  [2]易铭.山地建筑在水平土压力作用下的结构解决方案探讨[J].中华建设.2008(12)
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