某山地框架結(jié)構(gòu)擋土墻與主體結(jié)構(gòu)脫開設(shè)計

鄧結(jié)江，梁棟 （同圓設(shè)計集團(tuán)股份有限公司安徽分公司，安徽 合肥 230000）

設(shè)置擋土墻前后結(jié)構(gòu)主要計算參數(shù)比較 表1

1 工程概況

本項目為蚌埠新城實驗學(xué)校教育集團(tuán)虎山校區(qū)綜合樓項目；位于安徽省蚌埠市規(guī)劃路與貨場五路交匯處東南側(cè)、虎山路東路以西，建筑面積約20000m。采用框架結(jié)構(gòu)，左單元無地下室，右單元地下1層，左單元地上4層，右單元地上5層。主樓建筑功能及層高自下而上依次為：地下1層為車庫，層高5.700m；左單元1～4層為教室，局部為廚房和風(fēng)雨操場；右單元架空層～3層為教室，4層為辦公；架空層、1層高為4.500m，其余為3.900m，機(jī)房層層高3.300m。本地上工程東西總長88.600m，南北總寬81.700m；室內(nèi)外高差0.300m，左單元結(jié)構(gòu)總高度16.500m，右單元結(jié)構(gòu)總高度21.000m.本工程在標(biāo)高-4.500以上采用抗震縫拆分為4個塔樓。

場地條件為二類場地，黏性覆土厚度約為6m，土層以下為強(qiáng)風(fēng)化巖石，采用獨立基礎(chǔ)設(shè)計。場地西高東低，建筑方案設(shè)計整體結(jié)構(gòu)隨坡變化，右側(cè)單元有兩層掉層設(shè)計，由于坡地影響，同一結(jié)構(gòu)單元東側(cè)與南北兩側(cè)無擋土要求，因此只需要在四個單元的西側(cè)設(shè)置擋土墻。

2 擋土墻脫開對主體結(jié)構(gòu)的影響

擋土墻位于地下時，由于結(jié)構(gòu)外側(cè)周圍土體的剛度，對結(jié)構(gòu)的地下部分形成了良好的約束，地下部分受到的水平作用較小。當(dāng)擋土墻位于地上時，擋土墻比框架柱具有更大的抗側(cè)剛度，對結(jié)構(gòu)的整體指標(biāo)以及構(gòu)件的受力狀態(tài)都有顯著的影響。因此，在本工程中考慮將西側(cè)地上部分的擋墻與主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行脫開設(shè)計，使結(jié)構(gòu)承載力更加均勻。

2.1 擋土墻脫開對結(jié)構(gòu)計算指標(biāo)的影響

2.1.1 對結(jié)構(gòu)周期的影響

結(jié)構(gòu)的周期直接反映結(jié)構(gòu)的整體剛度以及平動與扭轉(zhuǎn)之間的關(guān)系，周期越長則表示剛度越弱，擋土墻為平面構(gòu)件，平面內(nèi)具有較大的剛度，平面面外剛度較弱，如表2.1所示，當(dāng)擋土墻與結(jié)構(gòu)不脫開時，結(jié)構(gòu)平行于墻體的方向剛度較大，造成此方向的周期較??；與擋土墻體垂直的方向，墻體剛度的影響較小，對此方向周期影響較小。因此擋土墻會造成結(jié)構(gòu)周期的失真，影響周期計算的準(zhǔn)確度。

2.1.2 對結(jié)構(gòu)位移比的影響

位移比反應(yīng)結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)問題，當(dāng)扭轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的質(zhì)心與形心不重合時，產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，扭轉(zhuǎn)是一種剪切型的受力狀態(tài)，對結(jié)構(gòu)的構(gòu)件強(qiáng)度以及框架結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性有影響，因此結(jié)構(gòu)設(shè)計中盡量減小扭轉(zhuǎn)的影響，本項目的擋土墻設(shè)置在結(jié)構(gòu)的最左側(cè)，如表2.1所示，地震時擋土墻所在的位置剛度大，遠(yuǎn)端框架剛度較弱，位移較大，扭轉(zhuǎn)作用明顯，對結(jié)構(gòu)十分不利。

2.1.3 對結(jié)構(gòu)層間位移角的影響

結(jié)構(gòu)在水平力作用下產(chǎn)生位移，當(dāng)抗側(cè)構(gòu)件剛度較大時水平位移較小。規(guī)范對層間位移的最大值與層間的剛度之比有相關(guān)規(guī)定，當(dāng)結(jié)構(gòu)中有墻體且墻尺寸較大時，結(jié)構(gòu)的剛度在墻體所在層發(fā)生突變，容易在突變的位置產(chǎn)生應(yīng)力集中效應(yīng)，造成相鄰薄弱層構(gòu)件的荷載增加，突變部位的構(gòu)件率先發(fā)生破壞，因此，結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)保證結(jié)構(gòu)豎向的剛度均勻，不發(fā)生較大突變。

2.1.4 對剪重比的影響

現(xiàn)有的震害資料統(tǒng)計調(diào)查研究表明，軟土場地的震動多表現(xiàn)為長周期，當(dāng)長周期地震動頻率與建筑結(jié)構(gòu)相近時容易產(chǎn)生共振。周期結(jié)構(gòu)在軟土場地發(fā)生地震損傷破壞的風(fēng)險性更大。陣型分解應(yīng)譜法對長周期地震動不利影響考慮不全面，采用此方法無法有效保證長周期時結(jié)構(gòu)的安全性。本項目所在場地為第一組，結(jié)構(gòu)屬于多層建筑，周期小于3.5秒，因此周期對結(jié)構(gòu)的影響較小，擋土墻參與整體計算前后指標(biāo)滿足要求。

2.1.5 對剛重比的影響

框架結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度較弱，桿件為彎曲型受力，框架柱彎曲引起的二階效應(yīng)影響結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定承載力。結(jié)構(gòu)整體水平剛度與豎向荷載之間滿足要求，避免過大的側(cè)移在重力荷載作用下，使機(jī)構(gòu)產(chǎn)生失穩(wěn)破壞。當(dāng)結(jié)構(gòu)計算模型在一層增加擋墻時，擋墻墻平面內(nèi)剛度較大，有效地減小了結(jié)構(gòu)側(cè)移，對減小二階效應(yīng)十分有利。但是，本結(jié)構(gòu)層數(shù)為四層，左側(cè)結(jié)構(gòu)總高不超過20m，二階效應(yīng)影響較小。

2.2 對擋土墻周圍梁柱的影響

2.2.1 對柱軸壓比的影響

框架柱作為一種壓彎構(gòu)件，當(dāng)截面的軸向壓應(yīng)力較大時，柱之間的軸向變形差會使框架梁產(chǎn)生剪切應(yīng)變，在截面效率一定的條件下，軸向壓力過大時，會降低柱子的抗彎強(qiáng)度，影響使影響結(jié)構(gòu)強(qiáng)柱弱梁的設(shè)計，因此結(jié)構(gòu)設(shè)計中會對框架柱的軸壓比進(jìn)行限制，擋土墻只存在于一層中，并不向上層延伸，因此并不傳遞上部傳來的豎向荷載，但是由于墻體的剛度較大，會吸引更多的地震力，因此會對墻體附近的框架柱產(chǎn)生不利的影響，一層柱的部分軸壓比前后對比見表2.2，由圖中數(shù)據(jù)對比可知，擋土墻的存在對框架柱軸壓比有明顯的影響。

部分框架柱軸壓比對比 表2

2.2.2 對梁承載力的影響.

水平力傳遞時會根據(jù)抗側(cè)構(gòu)件的剛度進(jìn)行分配，由于擋土墻平面內(nèi)的剛度較大，會造成擋土墻附近梁上荷載增加，另外強(qiáng)柱弱梁的設(shè)計會增加柱的荷載，造成柱配筋過大。

3 擋土墻脫開設(shè)計要點

擋土墻設(shè)計詳圖見圖1，將擋土墻在-4.62m處做外伸后再向上逐漸收進(jìn)，在-0.120m處將樓面板外伸，擋土墻與樓板交接的地方采用止水板連接，這樣-4.620m以上的部分擋土墻與主體結(jié)構(gòu)完全脫開。根據(jù)擋土墻外側(cè)覆土條件進(jìn)行強(qiáng)度、穩(wěn)定設(shè)計。

圖1 項目建筑圖

3.1 擋土墻強(qiáng)度設(shè)計

主要針對懸臂擋墻體依據(jù)混凝土規(guī)范計算進(jìn)行抗剪、抗彎的強(qiáng)度計算，左側(cè)覆土容重為18kN/m，荷載作用最大值取擋墻根部計算值，擋墻截面取上部最小截面，混凝土標(biāo)號與豎向構(gòu)件一致，擋墻外側(cè)鋼筋下部三分之一處附加鋼筋，主筋延伸至下層墻內(nèi)，保證鋼筋的傳力，分布筋間距以及最小配筋率滿足規(guī)范要求。

3.2 擋土墻穩(wěn)定設(shè)計

此擋墻為下層擋墻上升并外伸，因此在懸臂擋墻所在的-4.620m處板加厚，增加擋墻的抗彎剛度，因此可以假定懸臂擋墻為下端固結(jié)的懸臂擋墻，針對墻頂點的水平位移進(jìn)行計算，墻頂點水平位移滿足結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的要求。

4 結(jié)論

當(dāng)框架結(jié)構(gòu)的地上部分有擋土設(shè)計時，擋土墻自身的剛度對框架結(jié)構(gòu)的計算大指標(biāo)以及構(gòu)件的承載力與破壞模態(tài)都有著重要影響。針對擋墻脫開結(jié)構(gòu)進(jìn)行計算的主要指標(biāo)對比分析，擋墻脫開計算更準(zhǔn)確地反映結(jié)構(gòu)的真實受力情況，對設(shè)計十分有利，因此本項目采用擋墻與主體結(jié)構(gòu)分開的計算方法。