李莉

（甘肅泓文建筑設(shè)計有限責(zé)任公司，甘肅蘭州 730030）

0 引言

由于長期受人口基數(shù)、地理位置及經(jīng)濟(jì)發(fā)展等條件的制約，我國在教育、醫(yī)療等公共建筑領(lǐng)域發(fā)展一直較為緩慢，尤其西部偏遠(yuǎn)地區(qū)，教育的辦學(xué)條件和辦學(xué)規(guī)模已明顯落后，嚴(yán)重制約當(dāng)?shù)亟逃聵I(yè)的發(fā)展，已不能適應(yīng)新時代下中國特色社會主義教育事業(yè)發(fā)展。近年來，隨著改革開放及西部大開發(fā)戰(zhàn)略的持續(xù)推進(jìn)，人民生活水平逐步提高，教育重視程度逐漸提高，政府投資逐漸向西部轉(zhuǎn)移。但受規(guī)模限制，用地緊張，政府投資有限等因素制約，結(jié)構(gòu)設(shè)計通常會充分利用現(xiàn)狀地形及自身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。本文以某國家級貧困縣學(xué)校運(yùn)動場地主席臺結(jié)構(gòu)進(jìn)行深入設(shè)計分析，提出主體結(jié)構(gòu)與擋土墻共用的方案，并進(jìn)行一定的探討，供結(jié)構(gòu)設(shè)計人員學(xué)習(xí)探討。

1 工程概況

本工程案例為某國家級貧困縣學(xué)校運(yùn)動場主席臺，建筑總長115.40m，總寬10.55m，地上一層，層高為4.95m，基礎(chǔ)為條形基礎(chǔ)，現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，頂棚膜結(jié)構(gòu)，設(shè)計使用年限為50年，結(jié)構(gòu)安全等級為二級，結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)1.0，主席臺后墻為現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)外墻兼擋土墻，主席臺前后兩側(cè)墻體高差為6m，其平面效果如圖1所示。

圖1 擬建場地平面布置

2 工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件

2.1 工程地質(zhì)條件

根據(jù)場地地勘報告，地層描述如下：①層耕土：灰褐色，稍濕，松散，以粉土為主，含大量腐殖質(zhì)及植物根系，均勻性較差，場區(qū)普遍分布，該層工程性質(zhì)較差，在建設(shè)過程中全部進(jìn)行挖除。②層粉土：黃褐色，稍濕，稍密，垂直孔隙、節(jié)理較發(fā)育，切面較粗糙，含少量粉砂及粉質(zhì)黏土均勻性一般；濕陷性較敏感，場區(qū)普遍分布，該層工程物理性理學(xué)性質(zhì)較好，可作為一般建筑物的基礎(chǔ)持力層。③層卵石：青灰色，稍濕～濕，稍密～中密，主要以中粗砂及粉土充填為主，含少量漂石，粒徑大于20mm的顆粒占總含量的62～78%，一般粒徑30～50mm，多呈圓形及亞圓形，顆粒磨圓、級配較好，礦物成分以石英、黑云母及長石等為主。該層物理力學(xué)性質(zhì)較好，埋深較淺，為本次工程案例基礎(chǔ)持力層。

2.2 水文地質(zhì)條件

根據(jù)勘察報告，勘察深度范圍內(nèi)未揭露地下水。設(shè)計未考慮地下水對工程的影響。

2.3 不良地質(zhì)作用

區(qū)域地質(zhì)資料及場地周圍調(diào)查表明，工程場地?zé)o活動斷裂通過，擬建場地處于區(qū)域相對穩(wěn)定地段，抗震地段屬一般地段。

3 工程案例設(shè)計

場地原始地形成臺狀分布，南高北低，場地整體高差約為6m，為充分利用現(xiàn)有地形條件，減少了土方回填及開挖工程量，節(jié)約用地，減少工程造價，保證校園整體布置風(fēng)格協(xié)調(diào)美觀，運(yùn)動場地布設(shè)時設(shè)置在陡坎處，陡坎上部為學(xué)?；顒訄龅?，下部為運(yùn)動場地，陡坎原始高差4.0m，建筑設(shè)計高差為6.0m，原始地形與結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖2所示。

圖2 原始地形與結(jié)構(gòu)設(shè)計

4 工程案例分析

4.1 基本假定

①地質(zhì)條件較為簡單，墻后土體按照均質(zhì)多層土考慮；②基礎(chǔ)范圍內(nèi)無地下水，計算不考慮地下水影響；③地下室側(cè)向土壓力按照山地建筑地下室外墻設(shè)計，采用靜止土壓力[1]，按照朗肯土壓力理論[2]，擋土墻墻背垂直光滑，墻后填土面水平。

4.2 設(shè)計參數(shù)

（1）土體設(shè)計相關(guān)參數(shù)。

土體參數(shù)主要用于墻體側(cè)向土壓力計算，根據(jù)地勘報告及當(dāng)?shù)毓こ探?jīng)驗，場地內(nèi)地基土主要土體參數(shù)如下：地面附加荷載30kPa、土體重度為γ=18.0kg/cm3、土體綜合內(nèi)摩擦角標(biāo)準(zhǔn)值為φ=30°、靜止土壓力系數(shù)按照k0=1-sin（φ）計算，k0=0.5，朗肯土壓力計算公式為σ=k0·z·γ。

（2）抗震作用[3]及外荷載作用[4]等相關(guān)參數(shù)。

抗震設(shè)防烈度為Ⅷ度0.20g，特征周期0.45S，設(shè)計地震分組第三組，結(jié)構(gòu)阻尼比0.05，周期折減系數(shù)0.80，考慮5%偶然偏心，考慮雙向地震作用，結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)1.0，多遇地震水平地震影響系數(shù)最大值0.16，罕遇地震水平地震影響系數(shù)最大值0.90。場地類別為Ⅱ類，框架抗震等級Ⅰ級。基本風(fēng)壓0.30kN/m2；地面粗糙度類別B類；恒載8.8kN/m2，活載3.5kN/m2。

4.3 計算模型

采用YJK-盈建科建筑結(jié)構(gòu)計算模塊（1.9.1.0版本）對結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析驗算，并采用理正擋土墻軟件對假想邊坡進(jìn)行擋墻驗算，對建筑設(shè)計方案進(jìn)行分析，該擬建建筑物模型受力較為簡單，受力較為明確，計算模型如圖3所示（取其部分軸剖面進(jìn)行驗算）。

圖3 計算模型及荷載

4.4 驗算結(jié)果分析

（1）坡地建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計不但要滿足承載能力極限狀態(tài)，還應(yīng)當(dāng)滿足正常使用極限狀態(tài)[5]。除基礎(chǔ)不均勻沉降外，在風(fēng)荷載、地震作用等水平荷載的作用下也容易產(chǎn)生局部滑坡、失穩(wěn)等破壞[6]。本文利用YJK-盈建科建筑結(jié)構(gòu)計算模塊（1.9.1.0版本）進(jìn)行驗算，考慮側(cè)向水平土壓力永久作用下，對主體結(jié)構(gòu)變形、整體抗傾覆驗算、整體穩(wěn)定性及裂縫等控制要素進(jìn)行了相關(guān)驗算，經(jīng)驗算，樓層剪力系數(shù)、最大彈性位移角、位移比、周期比、變形均滿足規(guī)范要求，結(jié)構(gòu)體系合理可行；對結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性及抗傾覆驗算，驗算均滿足規(guī)范要求，經(jīng)驗算擋土墻與主體結(jié)構(gòu)結(jié)合設(shè)計方案整體性能更好，驗算結(jié)果如表1、表2所示。

表1 結(jié)構(gòu)整體計算指標(biāo)匯總（一）

表2 結(jié)構(gòu)整體計算指標(biāo)（二）

對墻體裂縫進(jìn)行驗算，墻體最大裂縫寬度0.18mm＜0.2mm，滿足規(guī)范要求。

（2）若單獨(dú)考慮設(shè)置重力式擋土墻承受墻后土體側(cè)壓力，主體結(jié)構(gòu)不承受墻后水平土壓力時，利用理正巖土軟件進(jìn)行驗算，同時參考相關(guān)圖集[7]，擋土墻抗傾覆及整體穩(wěn)定性滿足設(shè)計要求的情況下，混凝土擋土墻設(shè)計尺寸如圖4所示。

圖4 假定擋墻設(shè)計斷面

根據(jù)分析擋土墻設(shè)計墻總高度為6.7m，墻頂尺寸為1.5m，墻底尺寸為3.2m，單延米混凝土方量為13.99m2。經(jīng)驗算，擋土墻抗傾覆穩(wěn)定性為3.098，抗滑移穩(wěn)定性為1.357，抗震條件下整體穩(wěn)定性為1.274，均滿足規(guī)范[8]要求。

（3）經(jīng)濟(jì)及工期分析。擋墻施工周期較長、費(fèi)用較高、在保證整體抗滑移、抗傾覆等控制因素的條件下，擋墻與主體結(jié)合方案，可減少經(jīng)費(fèi)投入及施工工期，減小公共資源浪費(fèi)。經(jīng)預(yù)算分析，本次擋土墻與主體結(jié)構(gòu)結(jié)合方案，設(shè)計主體結(jié)構(gòu)總造價為188萬元，單獨(dú)設(shè)置鋼筋混凝土擋墻時，擋墻造價約為90萬元，且經(jīng)預(yù)算對比，擋土墻與主體結(jié)構(gòu)結(jié)合方案工程造價與單獨(dú)設(shè)置混凝土擋土墻相比，可節(jié)約經(jīng)費(fèi)20%～30%，同時可節(jié)約工期為50～60d。

5 結(jié)語

通過本次對比驗算，主要得出以下結(jié)論。

（1）建筑平面布置應(yīng)充分利用現(xiàn)有地形條件，合理布置建筑物分布，可減少了土方回填及開挖，節(jié)約用地，保證校園整體布置風(fēng)格協(xié)調(diào)美觀。

（2）在墻后土體為均勻土質(zhì)，擋墻高度較低，擬建物工程重要性較低的條件下可優(yōu)先考慮擋墻與主體結(jié)構(gòu)結(jié)合方式。

（3）采用擋土墻與主體結(jié)合方式，可提高結(jié)構(gòu)的整體性能。

（4）擋墻施工周期較長，施工費(fèi)用較高，在一定條件下，將主體結(jié)構(gòu)與擋墻相結(jié)合方案，可充分利用主體結(jié)構(gòu)自身受力特點(diǎn)，節(jié)約工期及資金投入。