某山地框架結構擋土墻與主體結構脫開設計

鄧結江，梁棟 （同圓設計集團股份有限公司安徽分公司，安徽 合肥 230000）

設置擋土墻前后結構主要計算參數比較 表1

1 工程概況

本項目為蚌埠新城實驗學校教育集團虎山校區綜合樓項目；位于安徽省蚌埠市規劃路與貨場五路交匯處東南側、虎山路東路以西，建筑面積約20000m。采用框架結構，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；室內外高差0.300m，左單元結構總高度16.500m，右單元結構總高度21.000m.本工程在標高-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，土層以下為強風化巖石，采用獨立基礎設計。場地西高東低，建筑方案設計整體結構隨坡變化，右側單元有兩層掉層設計，由于坡地影響，同一結構單元東側與南北兩側無擋土要求，因此只需要在四個單元的西側設置擋土墻。

2 擋土墻脫開對主體結構的影響

擋土墻位于地下時，由于結構外側周圍土體的剛度，對結構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。當擋土墻位于地上時，擋土墻比框架柱具有更大的抗側剛度，對結構的整體指標以及構件的受力狀態都有顯著的影響。因此，在本工程中考慮將西側地上部分的擋墻與主體結構進行脫開設計，使結構承載力更加均勻。

2.1 擋土墻脫開對結構計算指標的影響

2.1.1 對結構周期的影響

結構的周期直接反映結構的整體剛度以及平動與扭轉之間的關系，周期越長則表示剛度越弱，擋土墻為平面構件，平面內具有較大的剛度，平面面外剛度較弱，如表2.1所示，當擋土墻與結構不脫開時，結構平行于墻體的方向剛度較大，造成此方向的周期較小；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構周期的失真，影響周期計算的準確度。

2.1.2 對結構位移比的影響

位移比反應結構的扭轉問題，當扭轉結構的質心與形心不重合時，產生扭轉效應，扭轉是一種剪切型的受力狀態，對結構的構件強度以及框架結構的穩定性有影響，因此結構設計中盡量減小扭轉的影響，本項目的擋土墻設置在結構的最左側，如表2.1所示，地震時擋土墻所在的位置剛度大，遠端框架剛度較弱，位移較大，扭轉作用明顯，對結構十分不利。

2.1.3 對結構層間位移角的影響

結構在水平力作用下產生位移，當抗側構件剛度較大時水平位移較小。規范對層間位移的最大值與層間的剛度之比有相關規定，當結構中有墻體且墻尺寸較大時，結構的剛度在墻體所在層發生突變，容易在突變的位置產生應力集中效應，造成相鄰薄弱層構件的荷載增加，突變部位的構件率先發生破壞，因此，結構設計時應保證結構豎向的剛度均勻，不發生較大突變。

2.1.4 對剪重比的影響

現有的震害資料統計調查研究表明，軟土場地的震動多表現為長周期，當長周期地震動頻率與建筑結構相近時容易產生共振。周期結構在軟土場地發生地震損傷破壞的風險性更大。陣型分解應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構的安全性。本項目所在場地為第一組，結構屬于多層建筑，周期小于3.5秒，因此周期對結構的影響較小，擋土墻參與整體計算前后指標滿足要求。

2.1.5 對剛重比的影響

框架結構抗側剛度較弱，桿件為彎曲型受力，框架柱彎曲引起的二階效應影響結構的穩定承載力。結構整體水平剛度與豎向荷載之間滿足要求，避免過大的側移在重力荷載作用下，使機構產生失穩破壞。當結構計算模型在一層增加擋墻時，擋墻墻平面內剛度較大，有效地減小了結構側移，對減小二階效應十分有利。但是，本結構層數為四層，左側結構總高不超過20m，二階效應影響較小。

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件，當截面的軸向壓應力較大時，柱之間的軸向變形差會使框架梁產生剪切應變，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度，影響使影響結構強柱弱梁的設計，因此結構設計中會對框架柱的軸壓比進行限制，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，由圖中數據對比可知，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抗側構件的剛度進行分配，由于擋土墻平面內的剛度較大，會造成擋土墻附近梁上荷載增加，另外強柱弱梁的設計會增加柱的荷載，造成柱配筋過大。

3 擋土墻脫開設計要點

擋土墻設計詳圖見圖1，將擋土墻在-4.62m處做外伸后再向上逐漸收進，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構完全脫開。根據擋土墻外側覆土條件進行強度、穩定設計。

圖1 項目建筑圖

3.1 擋土墻強度設計

主要針對懸臂擋墻體依據混凝土規范計算進行抗剪、抗彎的強度計算，左側覆土容重為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，混凝土標號與豎向構件一致，擋墻外側鋼筋下部三分之一處附加鋼筋，主筋延伸至下層墻內，保證鋼筋的傳力，分布筋間距以及最小配筋率滿足規范要求。

3.2 擋土墻穩定設計

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的懸臂擋墻，針對墻頂點的水平位移進行計算，墻頂點水平位移滿足結構穩定的要求。

4 結論

當框架結構的地上部分有擋土設計時，擋土墻自身的剛度對框架結構的計算大指標以及構件的承載力與破壞模態都有著重要影響。針對擋墻脫開結構進行計算的主要指標對比分析，擋墻脫開計算更準確地反映結構的真實受力情況，對設計十分有利，因此本項目采用擋墻與主體結構分開的計算方法。