CN110593326A - 一种盆地丘陵陡坡地带高层建筑综合抗震结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种盆地丘陵陡坡地带高层建筑综合抗震结构，其包括由矩阵式排列的基础桩组成的建筑物群桩、设置在边坡的桩板墙及连接建筑物群桩外侧第一排基础桩和桩板墙的空间连接件；基础桩通过横、纵地梁连接成局部稳定的建筑物群桩，桩板墙包括挡土桩及相邻挡土桩之间的挡土板，空间连接件包括剖面连接构件和斜坡面连接构件。本发明利用空间连接件把高层建筑物基础桩与边坡挡土桩板墙结合在一起，形成一种综合的抗震结构，空间连接件可以给群桩基础提供额外的水平推力，同时空间组合结构能使整体结构起到良好的抗震作用，避免了传统的单独抗震设计，既节约了成本，又提高了整体的抗力。

Description

一种盆地丘陵陡坡地带高层建筑综合抗震结构

技术领域

本发明属于抗震结构设计技术领域，尤其涉及一种丘陵区斜坡地带高层建筑桩基结构体系与边坡挡土桩板墙结构体系相联合的综合抗震结构。

背景技术

四川盆地丘陵区多是侏罗系红层泥岩，或者是红色泥岩与泥质砂岩互层的缓倾至水平状基岩地层。丘陵区沟道部位洪积松散覆盖层较厚，坡顶残积松散层厚度变化较大，而斜坡段往往因互层状泥岩与砂岩性质差异较大，地表常呈陡、缓交迭分布的陡坡地势。

国家产业西向转移和城市建设，需要在类似丘陵区陡坡地带修建各类工业与民用建筑。若采用大面积挖填平场，一是建设成本和场地后期沉降引起的安全隐患会大大增加，二是建筑场地设施与市政设施、地区水系及交通网络的衔接难度或潜在的安全隐患也会大大增加，所以“因势利导”地采用阶梯状规划设计成为丘陵区陡坡地带最佳选择。

阶梯状规划场地，设计建筑物及其配套设施时，陡坡地带必然存在开挖边坡和填土边坡及其支挡加固问题，建筑物必然存在填土地基和岩体地基变形及承载力差异较大的问题。对于填土边坡问题目前常用桩板墙结构进行加固，对于建筑物地基不均匀变形和填土地基承载力极低问题往往采用钢筋混凝土嵌岩桩基础。

四川盆地位于龙门山、乌蒙山、华蓥山及秦岭地震活跃构造带围限的影响区域，地震频发，烈度相对较高。建筑物桩基础和边坡挡土结构都需要进行抗震设计，目前两者采用的是分别设计各不相干。对于陡坡填土地带和超高层建筑物与边坡坡缘距离较小的情况，存在以下难以克服的问题：(1)嵌岩桩基础桩长较大，周围填土对基础桩的水平约束及抗力较小，地震动力引起嵌岩基础桩弯矩等内力很大，抗震安全风险急剧增加；(2)为了满足抗震设计，基嵌岩础桩尺寸较大，结构设计较强，施工空间狭小而难度大，造价高；(3)边坡挡土桩的施工与建筑物嵌岩基础桩的施工组织产生严重冲突，不仅影响施工效率，而且降低边坡支挡结构和建筑物基础桩结构的安全性。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种盆地丘陵陡坡地带高层建筑综合抗震结构，旨在解决既有方法中存在的以上技术问题。

为实现上述目的，本发明提供一种盆地丘陵陡坡地带高层建筑综合抗震结构，包括由矩阵式排列的基础桩组成的建筑物群桩、设置在边坡的桩板墙及连接建筑物群桩外侧第一排基础桩和桩板墙的空间连接件；所述基础桩通过横、纵地梁连接成局部稳定的建筑物群桩，所述桩板墙包括挡土桩及相邻挡土桩之间的挡土板，所述空间连接件包括剖面连接构件和斜坡面连接构件，所述剖面连接构件的一端与桩板墙的顶部连接，所述剖面连接构件的另一端分别与桩板墙对应基础桩的上下两层地梁连接，所述斜坡面连接构件的一端与桩板墙的顶部连接，所述斜坡面连接构件的另一端分别与桩板墙对应基础桩两侧的基础桩上层地梁连接。

进一步地，所述基础桩均采用人工挖孔成桩，且桩长沿着平行边坡坡向并靠近边坡坡向递减。

进一步地，所述建筑物群桩外侧第一排基础桩的地梁截面尺寸大于其它基础桩的地梁截面尺寸，且上层地梁的顶面与桩基的顶面标高一致，下层地梁的轴线标高一致。

进一步地，所述挡土桩采用矩形抗滑桩，且在平行坡向方向的宽度大于垂直坡向方向的厚度。

进一步地，所述挡土桩的一侧设置有承载挡土板的固定凹槽。

进一步地，所述剖面连接构件由两根连接杆与基础桩组成△形结构，所述剖面连接构件的顶端与桩板墙的顶部固定连接，所述剖面连接构件的两个底端分别与桩板墙对应基础桩的上下两层地梁固定连接。

进一步地，所述斜坡面连接构件由两根连接杆组成直角三角形桁架结构，所述斜坡面连接构件的顶端与桩板墙的顶部固定连接，所述斜坡面连接构件的两个底端分别与桩板墙对应基础桩两侧的基础桩上层地梁固定连接。

进一步地，所述斜坡面连接构件的锐角角度范围设置为10°至45°。

进一步地，所述空间连接件与桩板墙及基础桩之间均采用球形铰接方式固定连接。

进一步地，所述空间连接件的连接杆的交汇拐角处采用圆角过渡的形式固定连接。

本发明的有益效果是：本发明利用空间连接件把高层建筑物基础桩与边坡挡土桩板墙结合在一起，形成一种综合的抗震结构，空间连接件可以给群桩基础提供额外的水平推力，同时空间组合结构能使整体结构起到良好的抗震作用，避免了传统的单独抗震设计，既节约了成本，又提高了整体的抗力。

附图说明

图1为本发明的盆地丘陵陡坡地带高层建筑综合抗震结构主视图；

图2为A-A剖面图；

图3为本发明的盆地丘陵陡坡地带高层建筑综合抗震结构俯视图；

图4为空间连接件纵向受力分析示意图；

图5为空间连接件上层桁架受力分析图；

图6为空间连接件上层桁架受力计算等效图；

图7为空间连接件下层桁架受力计算等效图。

其中附图标记为：1-基础桩，2-地梁，3-挡土桩，4-挡土板，5-剖面连接构件，6-斜坡面连接构件。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例的主要解决方案为：

如图1-3所示，一种盆地丘陵陡坡地带高层建筑综合抗震结构，包括由矩阵式排列的基础桩1组成的建筑物群桩、设置在边坡的桩板墙及连接建筑物群桩外侧第一排基础桩1和桩板墙的空间连接件。

在本发明的一个可选实施例中，本发明根据拟建建筑物初步设计的平面位置及平面尺寸，纵剖面高承及纵剖面尺寸和横断面尺寸，以及相关的结构设计参数，技术要求和相关规范要求，确定群桩根数及尺寸以及桩顶的高程，群桩平面采用矩阵式排列。

建筑物群桩均采用人工挖孔成桩，桩身混凝土强度为C30，根据陡坡上拟建建筑物正常使用极限状态下的最不利荷载组合，考虑抗震要求，以及确定好的桩基平面尺寸，确定桩长，且桩长沿着平行边坡坡向并靠近边坡坡向递减。

基础桩1采用横纵、上下两层地梁的形式连接在一起，形成局部稳定的建筑物群桩。为了便于空间连接件的施工，其中建筑物群桩外侧(即靠近桩板墙一侧)第一排基础桩1的地梁2截面尺寸大于其它基础桩1的地梁2截面尺寸，且上层地梁2的顶面与桩基的顶面标高一致。下层地梁2的轴线标高一致，靠近桩板墙一侧第一排连系梁的上下距离与其余排连系梁上下距离不同，可以根据具体情况进行设定，靠近桩板墙一侧第一排地梁2与基础桩1施工时预留钢筋连接空间连接件。

在本发明的一个可选实施例中，本发明根据陡坡区的岩土工程勘察报告结合拟建建筑物填土区作用到边坡上的荷载确定该陡坡的潜在滑移面，结合抗震系数要求，确定桩板墙板的厚度，桩的平面尺寸以及桩径，装底端嵌入潜在滑移面以下的尺寸至少为五倍最短桩宽。

桩板墙包括挡土桩3及相邻挡土桩3之间的挡土板4，挡土桩3采用矩形抗滑桩，且因为桩板墙所承受的最不利荷载与弯矩均来自于平行坡向方向，因此设置挡土桩3在平行坡向方向的宽度要大于垂直坡向方向的厚度，宽厚比控制到1.5倍-2.0倍之间。

挡土桩3固定挡土板4的一侧设置有承载挡土板4的固定凹槽，挡土板4作用类似“腰梁”与“冠梁”的结合，使排桩更好的连接在一起，加强整体的稳定性，桩板墙体系施工到顶部适当位置要预留与空间件连接的钢筋。

在本发明的一个可选实施例中，本发明的建筑物群桩外侧第一排基础桩1与桩板墙之间采用现浇钢筋混凝土空间连接件连接。

空间连接件包括剖面连接构件5和斜坡面连接构件6，所述剖面连接构件5的一端与桩板墙的顶部连接，所述剖面连接构件5的另一端分别与桩板墙对应基础桩1的上下两层地梁2连接，所述斜坡面连接构件6的一端与桩板墙的顶部连接，所述斜坡面连接构件6的另一端分别与桩板墙对应基础桩1两侧的基础桩1上层地梁2连接。

剖面连接构件5由两根连接杆与基础桩组成△形结构，所述剖面连接构件5的顶端与桩板墙的顶部固定连接，所述剖面连接构件5的两个底端分别与桩板墙对应基础桩1的上下两层地梁2固定连接，具体为△形结构的尖端分别与桩板墙支护体系中的板桩预留钢筋、建筑桩基靠近桩板墙一侧的基础桩与上下层连系梁交接处的预留钢筋连接。

斜坡面连接构件6由两根连接杆组成直角三角形桁架结构，即在水平方向上呈直角三角形桁架交叉对称设计，这样更有利于整个结构的受力均匀，避免应力集中，达到良好的抗震作用；所述斜坡面连接构件6的顶端与桩板墙的顶部固定连接，所述斜坡面连接构件6的两个底端分别与桩板墙对应基础桩1两侧的基础桩1上层地梁2固定连接。

特别地，斜坡面连接构件6的锐角角度范围设置为10°至45°。

剖面连接构件5和斜坡面连接构件6利用三角形稳定性，牢固地将桩板墙与群桩基础结合成统一整体，斜坡面连接构件6水平向上可以给群桩基础提供额外的水平推力，同时空间组合结构能使整体结构起到良好的抗震作用，避免了传统的单独抗震设计，既节约了成本，又提高了整体的抗力。

上述空间连接件与桩板墙及基础桩1之间均采用球形铰接方式固定连接；在空间连接件施工过程中，空间连接件的连接杆与连接杆的交汇拐角处采用圆角过渡的形式固定连接，便于现场浇筑的同时起到减小应力集中的作用。

本发明桩板墙体系与建筑物群桩基础同时施工，期间可以采用喷混凝土砂浆的方法对坡体表层进行硬化固结。

考虑造价与施工技术的限制，本发明仅适用于陡坡填土地带超高层建筑物基础外缘与边坡坡挡土结构的距离较小的情况，距离与挡土桩悬臂端高度之比宜为0-1.2。

下面本发明结合空间连接件受力分析对综合抗震结构的设计计算方法进行说明。

(1)建筑基础体系受力采用建筑物正常使用极限状态下的最不利组合荷载与边坡稳定性系数与抗震系数的乘积，建筑基桩的设计与配筋与规范相同。

(2)桩板墙体系受力采用陡坡潜在滑移面的下滑力与抗震系数的乘积，桩与板的设计与配筋与规范相同。

(3)连接件与挡土桩板墙以及建筑基础桩及地下连梁的连接均为球形铰接，不考虑弯矩。

(4)概化后的连接件计算模型可以按照桁架结构计算。分上、下两层桁架结构，纵向受力分析示意图见图4，上层桁架受力分析图见图5，受力等效图见图6，下层桁架受力等效图见图7。

(5)连接件整体承担的荷载为考虑抗震系数的均布陡坡下滑力，连接件承担的荷载等效成桩间距范围内均布力的合力，见图5，图6，其中上层桁架与下层桁架的受力分摊比为2:1。

下面针对本发明的综合抗震结构的施工要点进行说明。

(1)施工边坡支挡加固桩板墙，其施工方法与现有规范规定相同，但挡土桩桩顶预留与连接梁相连的外伸钢筋；

(2)施工建筑物嵌岩基础桩；

(3)施工回填部分建筑基础结构和地下室，施工方法与普通基础施工方法相同，但外侧预留与连接梁相连的外伸钢筋；

(3)同步回填填土至连接梁底部，并按照常规要求压实；

(4)施工建筑外侧结构与边坡挡土桩板墙桩顶的连接梁。

本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种盆地丘陵陡坡地带高层建筑综合抗震结构，其特征在于，包括由矩阵式排列的基础桩(1)组成的建筑物群桩、设置在边坡的桩板墙及连接建筑物群桩外侧第一排基础桩(1)和桩板墙的空间连接件；所述基础桩(1)通过横、纵地梁(2)连接成局部稳定的建筑物群桩，所述桩板墙包括挡土桩(3)及相邻挡土桩(3)之间的挡土板(4)，所述空间连接件包括剖面连接构件(5)和斜坡面连接构件(6)，所述剖面连接构件(5)的一端与桩板墙的顶部连接，所述剖面连接构件(5)的另一端分别与桩板墙对应基础桩(1)的上下两层地梁(2)连接，所述斜坡面连接构件(6)的一端与桩板墙的顶部连接，所述斜坡面连接构件(6)的另一端分别与桩板墙对应基础桩(1)两侧的基础桩(1)上层地梁(2)连接。

2.如权利要求1所述的盆地丘陵陡坡地带高层建筑综合抗震结构，其特征在于，所述基础桩(1)均采用人工挖孔成桩，且桩长沿着平行边坡坡向并靠近边坡坡向递减。

3.如权利要求2所述的盆地丘陵陡坡地带高层建筑综合抗震结构，其特征在于，所述建筑物群桩外侧第一排基础桩(1)的地梁(2)截面尺寸大于其它基础桩(1)的地梁(2)截面尺寸，且上层地梁(2)的顶面与桩基的顶面标高一致，下层地梁(2)的轴线标高一致。

4.如权利要求1所述的盆地丘陵陡坡地带高层建筑综合抗震结构，其特征在于，所述挡土桩(3)采用矩形抗滑桩，且在平行坡向方向的宽度大于垂直坡向方向的厚度。

5.如权利要求4所述的盆地丘陵陡坡地带高层建筑综合抗震结构，其特征在于，所述挡土桩(3)的一侧设置有承载挡土板(4)的固定凹槽。

6.如权利要求1-5任一所述的盆地丘陵陡坡地带高层建筑综合抗震结构，其特征在于，所述剖面连接构件(5)由两根连接杆与基础桩组成△形结构，所述剖面连接构件(5)的顶端与桩板墙的顶部固定连接，所述剖面连接构件(5)的两个底端分别与桩板墙对应基础桩(1)的上下两层地梁(2)固定连接。

7.如权利要求1-5任一所述的盆地丘陵陡坡地带高层建筑综合抗震结构，其特征在于，所述斜坡面连接构件(6)由两根连接杆组成直角三角形桁架结构，所述斜坡面连接构件(6)的顶端与桩板墙的顶部固定连接，所述斜坡面连接构件(6)的两个底端分别与桩板墙对应基础桩(1)两侧的基础桩(1)上层地梁(2)固定连接。

8.如权利要求7所述的盆地丘陵陡坡地带高层建筑综合抗震结构，其特征在于，所述斜坡面连接构件(6)的锐角角度范围设置为10°至45°。

9.如权利要求6或8所述的盆地丘陵陡坡地带高层建筑综合抗震结构，其特征在于，所述空间连接件与桩板墙及基础桩(1)之间均采用球形铰接方式固定连接。

10.如权利要求9所述的盆地丘陵陡坡地带高层建筑综合抗震结构，其特征在于，所述空间连接件的连接杆的交汇拐角处采用圆角过渡的形式固定连接。