某半地下室挡土墙与主体结构的整体计算与分析.doc

某半地下室挡土墙与主体结构的整体计算与分析04L.6N0.4D某半地下室挡土墙与主体结构的整体计算与分析孙素文刘海军赵群昌李成君(深圳市市政设计研究院有限公司)【摘要】半地下室挡土墙与结构主体共同受力分析,两者的变形协调,力的分配根据抗侧刚度如何进行分配,在设计中要明确对主体结构中抗侧力构件的受力计算分析,并在设计中应对外侧框架柱的抗剪承栽力给予加强.挡土墙的设计,应按最不利的荷载效应组合进行分析,计算,配筋,并进行设计优化和合理构造加强.【关键词】半地下室挡土墙单榀框架设计优化1前言随着社会的飞速发展,人们的居住,办公条件日益改善,相应的生活水平也日益提高,并且相应的居住,办公地理位置也是人们选择的关键所在.例如:空气清新,环境幽雅.房子建在山坡位置或公园的凹地处已经成为不少开发商及建设单位的不二选择.但是给结构设计带来了一些技术上的难点.依山而建的房屋,首先必须要考虑到整个斜坡自身的稳定性要求,在采取必要措施并确定稳妥可靠后,再考虑其建筑结构的计算分析.对其结构挡土的问题,如果空间允许,可以将挡土墙与主体结构分离,这样各自的受力分析单一,明确,主体结构的构造也相应比较简单.但在实际设计工程中,往往由于空间不够,建筑要求等原因,挡土墙与结构主体无法分离.结构设计时,必须要考虑土压力对结构整体所造成的倾覆,滑移及连墙框架柱受局部侧压力的影响,本文就具体工程,针对整体变形协调及如何共同受力做比较详尽的分析,为类似结构设计作一些参考,建筑效果图如图1所示.圈1具体工程效果圈2设计中应注意的讨论在本工程的结构设计中,应考虑如下几个问题:2.1整体计算模型的受力分析问题:土侧压力作用于结构主体,挡土墙要与主体结孙素文,深圳市市政设计研究院有限公司地址:深圳市笋岗西路3007号市政设计大厦主楼,518035电话:8326501142构变形一致,应为两者共同抵抗其土侧压力.在一般的计算方法中,挡土墙采用简化的计算受力模型,一种模拟为上端为不动饺支座,下端为固端;或模拟为上端为自由,下端为固端,来进行挡土墙的计算,设计.其次将土压力经手算后将其压力全加载于护壁柱上,来进行整体计算分析.这样的计算方法,没有考虑挡土墙上部支座的侧向变形以及挡土墙底部支座其主体框架所产生的影响,主体结构中的框架柱抗侧刚度较弱,如框架柱完全不考虑由于挡土墙项部侧向变形所引起的附加弯矩,将对结构设计带来很大的安全隐患.如果土压力完全由护壁柱及主体框架来抵抗,势必会造成配筋上的浪费,采用如上所述的对挡土墙的计算简化模型,所反应的实际受力不够真实,合理.2.2荷载组合的问题:根据深圳市勘察设计行业协会组编的深圳市建筑工程设计,审图及报建常见疑难问题解析汇编第二章结构问题2.3.4中,对其地下室外墙承受的土压力取静止土压力(静止土压力系数通常取O.5),土压力效应为永久荷载效应,其荷载分项系数的取值,由建筑结构荷载规范GB5009.2001(2006年版)第3.2.5条第1款来确定.对于其土压力的取值问题,针对该工程的土压力取值,由于所产生主,被动土压力由挡土墙墙体位移量所确定,产生的主动土压力绕墙趾转动时,所需位移量为0.004H=0.0048600=34.4ram,对结构进行初步估算,墙体所产生的位移量不可能达到土体所产生主动土压力的位移量,故采用静止土压力来进行计算分析.2.3地震力作用问题:地震作用时,因土压力增大而造成结构破坏,因此,在设计时应考虑地震力对土压力的影响,但是到现阶段为止,没有比较符合实际的理论计算方法,目前国内常用两种方法.用地震角放2009益12大墙背和填土表面的坡角公式,采用水工建筑物抗震设计规范公式,关于水平地震作用下总土压力.进行相应的组合,计算分析.由于第一种方法所得出的土压力为地震作用下的主动土压力,根据分析,地震作用采用第二种计算方法.BC+叶啊BL_|广;皇建;3计算模型及侧向土压力简图本工程采用SAP2000计算软件进行相应结构分析.土体荷载按节点样式进行加载,考虑双向地震作用,进行结构计算分析.梁,板,柱及挡土墙墙体的混凝土强度等级为C30,结构平面布置图如图2所示:图2结构平面布置图根据结构平面布置图分析可得,在侧向土压力M22(m似一)=一105.OKN.M:下,挡土墙与外侧柱共同受力工作,形成相应的共同抗侧力体系.由于设备功能的需要,在A3A4轴交AAAB轴间在二层楼板取消,其墙体受力简图如图3所示,A3轴上框架计算简图如图4所示,计算土压力时采用郎金理论,而不采用IGll20-99的土压力计算方法:根据组合工况进行比较分析,控制工况为1_35(恒+土)+0.98活,现针对该工况进行墙体的受力及墙体与外侧框架如何共同受力进行相应分析.4计算结果分析取其AB轴交A3至A4轴间挡土墙墙体的受力分析,其墙体两个方向上的平面外弯矩云图如图5,图6,在如下图所示:水平向弯矩设计值:Mllfm.+1=45.0KN.M,Mllrm一1=一90.OKN.M;竖向弯矩设计值:与项板次梁处M22(max)=一150.OKN.M,跨中M22rm+=40.OKN.M,与基础相接处OKN/Mli:lIuil一鲁ltI86.OKN/M120.OKN/M圈3挡土墙受力倚图43盎筮垒期土Jll土与建筑VOL.6NO.4l将h:-8jl仨图4单跨框架柱结构受力简圈图5Mll弯矩图圈6M22弯矩图从其计算结果来分析,墙体受力比较符合双向板受力状态,但墙体的受力还是以我们通常所采用的计算简化受力模型为主,主要原因是由于墙体在土体的侧向压力下存在有侧向位移,项板处次梁搭接墙体位置的应力比较集中,主要为顶板荷载通过次梁传递给墙体,在相交位置产生的弯矩和剪力直接作用于墙体,在设计时应对此部位给予加强.但墙体传给基础的弯矩比我们通常的计算方法少了很多,底部固端弯矩仅为102.5KN.M;如按照上端44简支,下端固端的计算简化来进行计算,底部固端弯矩为227.3KN.M.护壁墙的受力状态比较接近于悬挑梁受力状态,其顶点处最大位移为5.37ram,底端最大拉应力为12.6|/mm,其变形图,应力图如图7,图8所示:圈8护壁墙应力图对底端进行截面切割得到相应的平面内弯矩,剪力,轴力,控制工况作用下相应M=499.02KN.M,V=-234.6KN,N=1470.4KN.2009年12月第6卷第4期深圳土当建氢Q:鱼Q!生旦星QQ本工程中,最重要的分析应是对单跨框架结构在土侧压力荷载作用下的计算分析,整体结构中,用来抵抗侧向土压力的只有挡土墙及单跨框架柱.护壁墙及挡土墙所能抵抗土压力毕竟较少,大部分的侧向土压力已经通过墙体传给了侧向刚度较大的框架结构体系,并对外侧柱产生了侧向位移,A3轴上框架变形简图如图9所示:在顶板位置,外侧柱在土压力作用方向上的位移为4.71ram,与墙体连接的框架柱的侧移为4.85ram,连接两柱的框架梁有轴向压力作用,大小从左到右为84.20KN179.60KN递增,由于轴向变形及弯曲变形使两侧框架柱产生了位移差,但在实际设计中由于梁中轴向压力为有利荷载,作为一种安全储备,可不考虑其有利作用,以受弯构件进行计算,分析.该榀框架中的框架柱的弯矩,剪力及轴力分别如图10,图儿,图12所示:通过对该工程的单跨框架受力计算结果分析,与挡土墙相连的框架柱受力状态比较接近于梁的受力形式,外侧框架柱受力状态基本符合柱的受力状态,但由于土体侧压力的影响,外侧框架柱应考虑土体侧压力对其本身所产生的影响.图9单跨框架柱变形图图l0单跨框架柱弯矩图凋11单跨框架柱剪力图8一e.一20i6O一一L.叠2g117,i图图12单跨框架柱轴力图5结语对于此类结构体系,受力分析最重要,整体结构抗侧力体系如何共同受力,共同抵抗土压力所带来的侧向压力,设计人员应有很清楚的认识.设计时应根据相应的侧向刚度进行结构整体计算,进行力的分析,特别对单跨框架结构中外侧框架柱在设计时应给予加强,保证结构的安全性.对于与次梁连接处的墙体部位由于应力比较集中,所产生的平面外弯矩也较大,设计时应给予适当加强;挡土墙设计,应根据实际受力状态来进行相应配筋,为工程节约造价,避免没必要的浪费.参考文献:1深圳市