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山地建筑地下室外墻設(shè)計(jì)理論與應(yīng)用

2010-09-26 18:11  來(lái)源于網(wǎng)絡(luò)  【  【打印】【我要糾錯(cuò)】

  中國(guó)人口眾多導(dǎo)致住房需求日益增大,而與之相對(duì)應(yīng)的是日益緊張的土地資源限制了建筑面積的擴(kuò)展。國(guó)內(nèi)高山、峽谷等復(fù)雜地形分布較廣,這些土地在某種程度是不易開(kāi)發(fā)為建筑用地;對(duì)于良好的建筑用地如耕地等,國(guó)家有相應(yīng)的限制措施,尤其對(duì)于耕地,采取了嚴(yán)格的土地資源保護(hù)政策。在這種土地資源極為有限的大環(huán)境下,國(guó)內(nèi)許多企業(yè)對(duì)山地、丘陵等土地資源進(jìn)行開(kāi)發(fā),出現(xiàn)了許多依山而建的山地建筑;這些建筑由于其所處地形條件的復(fù)雜性,其設(shè)計(jì)和施工難度較大;而另一方面其相關(guān)設(shè)計(jì)計(jì)算理論較為滯后,這就為山地建筑的相關(guān)研究提出了新的課題和挑戰(zhàn)。

  一般山地建筑建筑場(chǎng)地所處地形較為復(fù)雜,場(chǎng)地平整工程量巨大,常常不可避免地因開(kāi)挖或回填而形成較多的邊坡。這些邊坡的存在導(dǎo)致山地建筑的設(shè)計(jì)和計(jì)算更為復(fù)雜。邊坡的防治和處理就成為山地建筑設(shè)計(jì)和施工的首要問(wèn)題。如何處理好建筑物與邊坡的關(guān)系以及考慮建筑物的整體穩(wěn)定性等都是山地建筑設(shè)計(jì)所應(yīng)考慮的內(nèi)容。

  建筑物基礎(chǔ)都應(yīng)有一定的埋置深度。基礎(chǔ)有一定的埋置深度,對(duì)結(jié)構(gòu)抗震有利,可以減少上部結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng);同時(shí)由于地下室前后墻的被動(dòng)土壓力和墻側(cè)的摩擦力限制了基礎(chǔ)的振動(dòng),使基礎(chǔ)底板壓力的分布趨于平緩。埋置深度與建筑物的高度、形式、地基土質(zhì)及抗震設(shè)防烈度等因素有關(guān)。高層建筑一般宜設(shè)置地下室:一方面是埋置深度的要求,另一面可以減少地基的附加應(yīng)力和沉降量,有利于滿足天然地基的承載力和上部結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性。因此,地下室的設(shè)計(jì)變成了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一個(gè)重要組成部分。其中,地下室外墻的設(shè)計(jì)是整個(gè)地下室設(shè)計(jì)的關(guān)鍵部分之一。山地建筑的地下室則明顯不同于平地建筑。山地建筑地下室會(huì)因不同的山坡坡度而形成一部分是全埋式地下室而另一部分是半埋式地下室;也能形成只有一側(cè)或是幾側(cè)有地下室外墻的情況。

  山地建筑地下室外墻屬于一種邊坡支擋結(jié)構(gòu)。山地建筑場(chǎng)地平整時(shí)會(huì)形成各種邊坡,因此需要進(jìn)行支護(hù)處理。邊坡的處理為用地限制不可能都采用坡率法自然放坡,經(jīng)常需要通過(guò)設(shè)置擋土墻來(lái)達(dá)到穩(wěn)定土坡、減少填挖土方量、滿足建筑使用要求等目的。擋土墻除可按結(jié)構(gòu)形式劃分為重力式、懸臂式、扶壁式、錨桿和錨定板式、加筋土墻等,按材料的選用可分為磚砌、毛石、混凝土、鋼筋混凝土及鋼板等幾種。在工程中應(yīng)用較多的是重力式擋土墻。它通常由塊石砌筑2而成,具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、施工方便、能夠就地取材等優(yōu)點(diǎn),但是由于這類擋土墻要靠墻身自重產(chǎn)生的抗傾覆力矩來(lái)平衡作用于墻背的土壓力所引起的傾覆力矩,因此墻身必須做成厚而重的實(shí)體才能保證其穩(wěn)定。這樣墻身的斷面也就比較大,有時(shí)就會(huì)對(duì)建筑物的使用功能產(chǎn)生影響,無(wú)法在一些受限制的場(chǎng)地使用,因此重力式擋土墻的應(yīng)用也有其局限性。鋼筋混凝土擋土墻則可適用于這種情況。鋼筋混凝土擋土墻可分為懸臂式和扶壁式兩種。如果墻后填土不是很高,則可以采用懸臂式擋土墻。它由三個(gè)懸臂板組成(即立臂、墻趾懸臂和墻踵懸臂),墻的穩(wěn)定主要靠墻踵底板上的土重;而墻體內(nèi)的拉應(yīng)力則由鋼筋承擔(dān)。這類擋土墻的優(yōu)點(diǎn)是能充分利用鋼筋混凝土的受力特征,墻體截面較小,彌補(bǔ)了重力式擋土墻的不足。如果墻后填土比較高的時(shí)候,懸臂板的彎矩則會(huì)很大,為了增強(qiáng)懸臂式擋土墻中立臂的抗彎性能,可以沿墻的縱向每隔一定距離設(shè)一道扶壁,這一類擋土墻稱為扶壁式擋土墻。各種擋墻的設(shè)計(jì)主要都包括抗傾覆驗(yàn)算、抗滑移驗(yàn)算、墻身強(qiáng)度驗(yàn)算及地基承載力驗(yàn)算等。

  地下室外墻承受的荷載主要是水平方向的水土壓力。各種擋土墻的最主要的荷載也是作用在擋土墻后背的土壓力。因此土壓力的計(jì)算是支擋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵內(nèi)容。從目前來(lái)看,土壓力計(jì)算方法可分類:第一類為極限平衡理論,其典型代表如庫(kù)侖理論、朗金理論和索科洛夫斯基理論等;第二類為協(xié)調(diào)變形計(jì)算方法,如克列因等考慮了土壓力與變形的關(guān),建立的隨墻體變位變化的土壓力計(jì)算理論;第三類為有限單元方法,如克拉夫和鄧肯等提出考慮土體實(shí)際應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系的有限單元法。雖然協(xié)調(diào)變形法和有限單元法考慮了土壓力與墻體變位或土體變形的關(guān)系,可給出較為符合實(shí)際的土壓力值,但其計(jì)算精度取決于土體特性參數(shù)的選取,而這些參數(shù)較難確定。此外,在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中,結(jié)構(gòu)安全性能的可靠度檢驗(yàn)主要是針對(duì)結(jié)構(gòu)在極限狀態(tài)下的情況,考慮的是結(jié)構(gòu)的極限承載能力。因此,基于極限狀態(tài)理論的土壓力計(jì)算方法,特別是庫(kù)侖土壓力理論,在工程設(shè)計(jì)中仍然得到廣泛應(yīng)用。

  山地建筑的地下室外墻作為一種擋土兼建筑維護(hù)的結(jié)構(gòu),首先要滿足在各種荷載作用下的內(nèi)外穩(wěn)定性要求及其強(qiáng)度要求,即需滿足承載力極限狀態(tài)的各種要求;同時(shí)還要滿足防水抗?jié)B的使用功能要求,即需滿足正常使用極限狀態(tài)的各種要求。鋼筋混凝土是帶裂縫工作的,要想達(dá)到防水抗?jié)B的目的必須滿足裂縫寬度限制的要求。最大裂縫寬度限值可依據(jù)混凝土結(jié)構(gòu)的使用環(huán)境類別來(lái)確定?p的控制除了計(jì)算要求外一般還可以采取一些構(gòu)造措施,比如在混凝土中添加外加劑以增加混凝土的密實(shí)性和減少混凝土收縮、加強(qiáng)對(duì)混凝土的施工養(yǎng)護(hù)以及合理提高配筋率等。地下室外墻計(jì)算模型選擇的準(zhǔn)確性及合理性也是地下室外墻設(shè)計(jì)成功與否的關(guān)鍵因素,F(xiàn)在國(guó)內(nèi)對(duì)地下外墻的研究不多,各種現(xiàn)行規(guī)范規(guī)對(duì)其計(jì)算模型及計(jì)算方法也沒(méi)有明確的規(guī)定。工程實(shí)踐中也由于工程條件的不同3以及設(shè)計(jì)者設(shè)計(jì)方法的差異導(dǎo)致設(shè)計(jì)結(jié)果差異性很大,由此導(dǎo)致的工程事故也就有發(fā)生。對(duì)一般地下室外墻設(shè)計(jì)的理論研究以及對(duì)特殊荷載情況下(四周不平衡土壓力作用下)的山地建筑地下室外墻的設(shè)計(jì)理論及其技術(shù)應(yīng)用的研究具有一定的理論和工程實(shí)踐意義。

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