談坡地多層地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計問題

武　凡

(新疆兵團(tuán)勘測設(shè)計院(集團(tuán))有限責(zé)任公司，新疆烏魯木齊　830002)

談坡地多層地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計問題

武凡

(新疆兵團(tuán)勘測設(shè)計院(集團(tuán))有限責(zé)任公司，新疆烏魯木齊830002)

摘要:結(jié)合實際工程情況，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)計中存在的問題，并通過對不同結(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越受到社會的關(guān)注，工程建設(shè)場地的選取也相應(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)境為前提來確保項目的實施;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)場地逐步由單一平整的場地向條件復(fù)雜的場地過渡，如坡地、洼地等。這類場地因其條件特殊、復(fù)雜多變，給結(jié)構(gòu)設(shè)計提出了更高的要求。

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4.0 m，地上層高分別為4.2 m，3.9 m，3.9 m，場地類別為Ⅱ類，設(shè)防類別為8度，設(shè)計基本地震加速度值為0.2g，設(shè)計地震分組為第二組，場地特征周期0.40 s。建設(shè)場地位于一坡地上，地勢南高北低。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)覆土隨自然地勢變化。因覆土對結(jié)構(gòu)具有側(cè)向力作用，若建筑四周的覆土情況不一致，覆土將對建筑產(chǎn)生水平方向的不平衡推力。這一不平衡推力對建筑結(jié)構(gòu)的作用方向是恒定不變的，這對結(jié)構(gòu)整體特別是地下－1層來說具有很大的不利影響。結(jié)構(gòu)設(shè)計方面，不僅僅是需要設(shè)置擋土墻［2］等構(gòu)件來抵抗這一部分的不平衡推力，還需要對結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整來滿足整體結(jié)構(gòu)的剛度偏心，結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)等各項指標(biāo)。

圖1　平面示意圖

圖2　剖面示意圖（一）

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)因豎向擋土墻對稱布置，對結(jié)構(gòu)影響不大。但因南側(cè)水平向擋土墻較長，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)建筑整體各項指標(biāo)都能較好滿足規(guī)范要求時，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。

上面這一方案采用硬“抗”的方式利用－1層結(jié)構(gòu)的整體來抵抗因土壓力而引起的不平衡推力。通過對本工程受力特性的思考和剖析，發(fā)現(xiàn)在結(jié)構(gòu)設(shè)計中主要問題是，如何有效的消除或削弱不平衡推力對結(jié)構(gòu)的影響。對此我們采用了一種新的設(shè)計方法來解決這一問題。

覆土對結(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)造做法來改變不平衡推力的作用部位，以實現(xiàn)削弱其對結(jié)構(gòu)整體的影響。通過對項目的分析研究，得出利用地下－2層結(jié)構(gòu)來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層傳遞來的不平衡推力。剖面示意圖(二)見圖4。

圖3　-1層結(jié)構(gòu)平面布置圖（方案一）

圖4　剖面示意圖（二）

結(jié)構(gòu)的構(gòu)造做法如圖5所示。

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)方案側(cè)向推力的傳力路徑，削弱了不平衡推力對結(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。

圖5　節(jié)點構(gòu)造做法示意圖

圖6　-1層結(jié)構(gòu)平面布置圖（方案二）

3.2計算分析

1)嵌固部位的選取。正確選取嵌固端及計算模型與多高層框架結(jié)構(gòu)的計算結(jié)果有密切的聯(lián)系［3］。一般情況下，對于帶地下室的建筑，通常選取地下室頂板作為嵌固部位。GB 50011—2010建筑抗震設(shè)計規(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)行計算分析，根據(jù)計算結(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)。

表1　X向各層剪切剛度　kN/m

表2　Y向各層剪切剛度　kN/m

圖7　X方向最大層間位移角曲線

圖8　Y方向最大層間位移角曲線

由以上計算結(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。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。對比方案一和方案二的計算結(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，方案一在模型計算分析時整體結(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)計的方法來處理。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)行計算，在滿足要求的基礎(chǔ)上，計算結(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，懸臂擋土墻較難滿足設(shè)計要求，整體經(jīng)濟(jì)性較差。另外，對于雨水較多的地區(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，選用不同的構(gòu)造做法(如圖5所示)，來簡化計算模型，便于后期的計算分析。

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)計時應(yīng)根據(jù)實際情況合理確定結(jié)構(gòu)的嵌固部位。

4)設(shè)計時，應(yīng)根據(jù)坡地的實際情況及建筑的特點合理確定結(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.

［2］鄭冬菁.坡地建筑中擋土墻的設(shè)計［J］.福建建設(shè)科技，2002 ( 4) :86-87.

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

［4］GB 50011—2010，建筑抗震設(shè)計規(guī)范［S］.

Discussion on multi-story basement structure design problems in the sloping field

Wu Fan
( Xinjiang Corps Survey＆Design Institute( Group) Co.，Ltd，Urumqi 830002，China)

Abstract:Combining with actual engineering conditions，starting from aspects of imbalanced thrust force resistance and embedded parts selection，the paper analyzes problems existing in multi-story basement structure design in the sloping field.Through studying stress performance of different structures distribution schemes，it puts forward some rational design suggestions，which has provided some guidance for similar engineering.

Key words:basement，imbalanced thrust，retaining wall，embedded parts，displacement angle

作者簡介:武凡(1983-)，女，工程師

收稿日期:2015-11-30

文章編號:1009-6825( 2016) 04-0032-03

中圖分類號:TU318

文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A