山地建筑结构设计要点分析
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山地建筑项目在设计、施工、管理等方面都具有其独特性与独立性,作为现代建筑中的一大特殊种类,它在时空性与布局设计方面都追求鲜明特色,在结构设计方面也应着重关注其特殊性。以下内容将围绕几个山地建筑结构设计的技术要点做简要探讨。1 结构抗震分析山地建筑结构抗震分析,应根据山地建筑地形的不规则、结构的架空吊脚等实际情况,合理建立与真实受力相匹配的计算模型。《建筑抗震设计规范(GB50011-2010)》中规定山地中高耸山丘、陡坡等不利地段上的建筑,应考虑抗震不利地段对地震动参数的放大作用,在实际建筑结构设计中,应根据其不同山地地段的具体情况,将地震影响系数最大值乘以提高系数。对于吊脚结构考虑其应作为整体结构的一部分进行计算分析,建筑刚度和质量的不均匀分布体现了对扭转效应的不利影响,应考虑建筑双向水平地震下的扭转效应。山地建筑中比较常见的上接地面、梁板接地等受力复杂的结构构件,除了对结构整体计算,应采用有限元、离散元等结构受力分析方法对上述特殊构件进行局部应力分析,并可对其计算结果进行校核。考虑到吊层结构和吊脚结构接地层楼板的受力复杂性,应考虑其楼板的弹性变形。2 嵌固端选择嵌固端是房屋上部结构计算的固定底部支座,认为房屋在地震作用下,位于嵌固端以下部分的地下室、基础、土体会随地面一同运动,嵌固端的正确选择涉及结构设计的很多方面,在确定房屋结构高度方面,山地建筑经常有两个室外地面,有意见认为结构的高度应该从嵌固端开始计算,这就可能关乎结构是否超限、是否需要抗震专项审查、是否为多塔楼、含钢量的可控度等结构设计内容。“嵌固”本身是一个相对刚度比的概念,上部结构承受的水平力,最后传递到嵌固位置的楼板,通过刚性楼板传递到周边的土体中去,因此,要求嵌固位置楼板是连续的、完整的、平面的、现浇的、限制开洞面积、四周有土体传递水平力。计算楼层侧向刚度比时,可不考虑周边土对地下室外墙的约束作用,而实际是周边土对地下室结构的约束作用很大,一般情况下,土对地下室的刚度贡献为结构自身刚度的3~5倍,由此可见,土体约束是嵌固层定义的重要支撑条件。山地建筑往往出现三面有土、两面有土、一面有土的不同情况,在设计功能为人防单元时、必须采用全埋地下室时,可将临空侧采用覆土保护,嵌固端取至地下室顶板;主体结构设置挡土墙时,为避免刚度不均匀产生的扭转,应在对称位置,甚至四周均设置混凝土墙,即便建筑部分方位为临空面。若地下室刚度足够大,部分研究结果表明,刚度比大于5时,地下室可酌情考虑以地下室顶板作为嵌固;对于山地采用双首层建筑方案时,接地的不同楼层板因无四面土体的约束,不宜作为嵌固层。3 基础设计山地场地因其地形起伏大、岩石风化剥削的不均匀性而对基础设计提出了较高的要求,结构设计师应在项目方案设计之初提早介入,在场地建设的适宜性、方案地库设计、总图标高确定等方面提出结构设计关注的要点,根据提供的相关报告内容考虑场地在建筑建成后的荷载下是否存在地裂、震陷、滑坡稳定性等问题。山地长期受自然力及人类活动的影响,地形会有一定的变化,应对比地形图与实际现场地形的出入,避免后续项目的大填大挖造成设
计不合理的工程造价浪费,并对初步勘察报告提供不良地摘 要:山地建筑结构设计存在一定的特殊性与难度,但它是未来建筑工程城镇化发展的另一方向,在有效缓解土地资源紧张方面具有极高的推广价值。从功能需求的角度考虑,山地建筑既能够满足人们的居住使用及环境需求,又能够实现对山地生态环境的良性保护。本文结合山地自然环境的特点,概括分析了山地建筑若干结构设计技术要点。关键词:山地建筑;抗震分析;嵌固端;基础设计;抗浮设计;抗倾覆抗滑移 [中图分类号]TU318 [文献标识码] A [文章编号]1005-1783(2020)20-042-02山地建筑结构设计要点分析
蔚 清(南京兴华建筑设计研究院股份有限公司,江苏南京 210001)43
质、持力层标高等,初判基础形式及施工的可行性。基础选型是山地建筑中一项较为重要的工作,应根据场地地形、上部结构、施工可行性、地质地貌情况、工程适宜性及经济性等方面综合考虑,从天然地基和桩基础角度考虑,作为经济性较好的天然地基,在土层地质情况较好时,可将其作为主要考虑对象,但应着重考虑坡地上地基的稳定性、天然地基的不均匀性、基础附加应力的相互作用。坡地上地基稳定性应按规范规定并合理判断是否计入建筑物荷载对边坡稳定性的影响,根据坡地坡脚大小合理地进行地基承载力验算,并确定其基础外边缘离边坡的安全距离;建筑地基不均匀性在山地中较为常见,主要为风化填土、残积土、吹填土、岩石等组合地基,应采取适当措施避免或减小其不均匀沉降,可采用换填垫层、增设拉梁提高结构刚度、根据基础尺寸规格调节竖向构件下的地基应力;山地建筑基础标高不一,在基础有效应力扩散范围内,不同基础间应力扩散下相互叠加、相互影响,应采用反映真实情况的计算模型,合理进行基础设计。在无条件采用天然地基上基础时,可采取桩基础形式,应从如下几方面注意:①桩型合理性。山地不适宜大型设备进出场,静压桩、锤击桩等大型设备无法实行时,可不将预制桩作为主要考虑对象,采取人工挖孔桩或钻孔灌注桩则是山地建筑常见的桩基形式。②桩基的山地土层的软硬交界面处易产生弯曲及剪切破坏,因此,桩身应采取通长配筋。③考虑与坡地的相互影响,应适当减小坡高、减缓坡脚等措施,并应使桩基在破裂面以下嵌入足够深度的稳定岩土层。4 抗浮设计山地建筑地形高差不一,土层内含潜水、孔隙水等,抗浮水位准确性的确定本身是一个较难的工作,地质勘察人员根据现场勘察、资料的收集分析、现场试验等手段并根据规范结合当地经验,确定抗浮设计水位。在结构设计中,以抗浮设计水位进行抗浮设计是规定必须遵守的依据,也是设计的准线,但坡地建筑地形的天然复杂性导致水量不均匀分布及走向,大雨量降雨的突发性,往往不可抗力的降雨量超出设计上限,使得实际工程中遇到水位超过抗浮设计水位,带来经济效益的损失及社会影响。在抗浮设计中,应采取地表硬化并截排水,利用场地高差排水疏导,可采用设置疏水层、排水盲沟释放地下水浮力,并可将截排水方案结合场地综合管网设计及现有市政管网,做到整体规划,合理布局的地下水导排方案。地下水因渗流的存在,水头压力分布差异,不同区域的水头不一。在复杂场地,为了避免“一刀切”的思维而导致部分区域的设计保守和部分区域的潜在抗浮隐患,引入分区域抗浮设计是这类经济性和安全性得以协调的较为实用的设计思路。可根据工程水文学原理模拟渗流路线,确定不同区域水头,结合历史资料、现场水文勘测资料等综合确定抗浮设计水位并与地勘单位协调,书面确定综合判断抗浮设计水位的分区值,并在设计中考虑安全问题,最终达到经济适用、安全合理的抗浮设计。5 抗倾覆抗滑移措施山地建筑产地的特殊性,除了要考虑建筑所在场地的整体稳定性外,还要考虑建筑本身的抗滑和抗倾覆稳定性。山地建筑常见的迎坡面承载逆坡向土体的侧向压力,顺坡处坡脚较陡,建筑物前后土压力不等,直接带来了建筑滑动及倾覆的结构设计必须考虑的问题。关于抗倾覆抗滑验算,应全面考虑周边土体等约束条件,评价计算参数,以不利情况作为验算内容,并应考虑地震、风荷载、山地不良地质灾害等不利因素,在不同阶段应采取不同的措施。在方案设计阶段应尽量限制高宽比、调整结构方案、尽量使刚心和形心重合。在施工图设计阶段,将裙房与主体结构在满足抗震合理性的前提下,保证在一定的高度内连接,增加建筑相互间的约束;现场施工时,结构设计应对涉及危险性较大的分部分项工程有一定的建议措施并督促编制专项施工方案及专家论证,如爆破工程、挡土墙施工、人工挖孔桩。应对现场土方开挖、转运、堆放位置,对其引起的作用与已施工主体结构上的土压力进行受力分析,对不合理的施工土方管理提出明确的整改要求,防止超出设计允许的建筑前后土压力的不均匀性,保证结构安全。6 结语综上所述,山体建筑工程项目结构设计应结合山地建筑特性,整体把握山地建筑结构设计思路,着重考虑结构设计的具体特殊问题,围绕多点技术难点、重点内容进行分析,以确保山地建筑结构设计能够顺应整体建筑结构设计标准与发展趋势,有针对性地优化调整结构设计。
参考文献:[1] 李超.山地建筑场地稳定及结构设计理论综述[J].科技创新与应用,2020(9).[2] 尹伟康.山地建筑结构设计要点浅析[J].建筑工程技术与设计, 2020(21).[3] 袁浪.山地建筑结构设计常见问题与处理措施[J].住宅与房地产,2020(9).[4] 李超.山地建筑场地稳定及结构设计理论综述[J].科技创新与应用,2020(9).建筑设计理论