坡地建筑結構設計的探討

曲海龍

【摘要】我國的國土面積有三分之二是山地，全國城鎮中有相當大的一部分是與周邊山地為鄰，坡地建筑已成為一種特色。雖然坡地建筑日益增多，但是坡地建筑結構與常規結構的設計有相當大的不同之處，結構設計時若用常規的設計方法來進行坡地建筑結構設計，必然會與實際情況有較大的不符，造成要么經濟上較大的浪費，要么結構安全上有較大隱患，甚至釀成安全事故。鑒于此，本文對坡地建筑結構的設計進行了分析探討，僅供參考。

【關鍵詞】坡地建筑；結構；設計

1、坡地建筑

所謂坡地建筑，就是指那些在高差較大的坡地地形上興建的建筑物，其最大的特點是建筑物底部的嵌固端不在同一個水平面上。坡地建筑即建造在地勢相對高起、表面起伏很大的山區及地貌起伏變化較大的非山區的建筑物。坡地地貌的起伏變化既為建筑設計帶來很多限制又為建筑創作提供了獨特的想象空間，與地形地貌結合得到的好的建筑作品既能滿足建筑功能要求又能與自然環境協調，符合生態建筑要求和綠色建筑的特征。就結構設計而言，坡地建筑同樣面臨著結構安全性和經濟性的雙重挑戰。

2、項目概況

某工程勘察時場區地面標高最大值70.25m，最小值51.43m，地表相對高差18.82m。整個小區包括30～39號共10個單體、一個地下車庫以及一排商業網點，其中32號樓和網點位于車庫范圍之外。由于場地高差大，不同位置的主樓基礎方案存在較大的差異，大概可以分為三大類：東側場地高的部分需要爆破：西側靠近水庫的部分需要打樁；位于沖溝邊緣的主樓需要進行地基處理。

3、坡地建筑的基礎設計

坡地建筑的基礎設計應當滿足《建筑地基基礎設計規范》（GB50007-2011）中的相關要求，即上部建筑的承載能力要求、沉降變形要求以及建筑整體的穩定性要求。坡地建筑持力層分布不均。一般在持力層埋藏較淺并且分布均勻的情況下，首先可以考慮天然淺基礎。天然淺基礎具有開挖深度小、經濟性好等優點。當坡地建筑的上部結構傳至基礎的荷載較小時這是一種最為經濟合理的基礎選擇。在持力層埋藏較深并且分布起伏變化較大的情況下，由于坡地建筑的上部結構傳至基礎的荷載較大，天然淺基礎不能夠滿足其承載力要求，此時可以選擇人工挖孔墩基礎，這種基礎造價較低、質量較好。在持力層埋藏很深的情況下，人工開挖基礎的施工難度增大，需要穿越較厚的巖土層，此時建議采用沖孔灌注樁，不過采用沖孔灌注樁的工程造價比較高，成樁質量不穩定。

為了防止基礎不均勻沉降情況的發生，原則上同一結構單元的基礎不能夠設置在性質相差較大的地基上，也不能夠部分采用天然地基、部分采用樁基。不過在實際建筑設計之時，受坡地地形的影響，當基巖面起伏較大時常常不得不采用多種土層作為持力層，這造成很多坡地建筑工程出現大部分基礎落在土層、另外一小部分基礎落在巖石層的情況，從而導致土層上的基礎沉降遠大于基巖上的基礎沉降，進而引發不均勻沉降問題，嚴重者會使建筑結構遭到破壞。對此，解決方法主要有兩種：采用褥墊層對基礎與巖石接觸區域進行處理，褥墊主要由中砂、粗砂、爐渣等組成，厚度以300～500mm為宜；采用天然淺基礎與人工挖孔墩基礎結合的形式，將持力層均引至基巖上，還可以通過在基礎下布設巖石錨桿來解決基礎滑移的問題。

4、坡地建筑的擋土墻設計

在坡地建筑的結構設計中，擋土墻的設計意義重大，因為擋土墻的設計直接關系著建筑上部結構的整體設計，是上部結構設計的關鍵?？傮w來說，坡地建筑擋土墻的設計應當遵循安全、合理、經濟這三項原則，要從工程場地的實際情況出發，充分結合當地的地形地質條件，因地制宜地進行設計。只有這樣，才能夠使工程項目取得最佳的社會效益。一般情況下，坡地建筑擋土墻的設計有兩種方法：將擋土墻與建筑的主體結構分開脫離，這種方法的優點是受力明確，有利于建筑防水防潮，缺點在于會增加巖石的開挖量，從而增加工程造價，延長施工工期，還會使建筑的使用空間縮小，容易達不到業主的要求：

結合建筑的主體結構布置擋土墻，也就是說對擋土墻與相應部位的主體結構進行聯合設計，將擋土墻和底板、頂板等組成合理的建筑空間結構，從而既減少工程造價，縮短施工工期，增大空間面積。當然，坡地建筑的擋土墻本身就對設計要求較高，必須滿足如下要求。①強度要求：在靜止土壓力和水壓力的雙重作用下，坡地建筑擋土墻的計算模型應當按照一米板帶寬度、下端固定、上端簡支的單向板進行計算，其中土壓力值以靜止土壓力取值，K以0.5取值②剛度要求：為了增加坡地建筑擋土墻的剛度，可以選擇在框架柱位置上設置鋼筋混凝土扶壁柱，或是增加地下室頂板和底板的厚度；③穩定性要求：在覆土、自重、土壓力及水壓力等的共同作用之下，坡地建筑擋土墻必須滿足一定的穩定性要求，一般可以在進行墻身設計之時通過增加墻趾的外挑尺寸來增加擋土墻的抗傾覆力矩和抗滑移摩阻力，穩定土壤性質，緩解墻背土壓力。另外需要注意，擋土墻內側不能直接設置泄水孔，而是要在背面底部和中部設置排水盲溝。

5、坡地建筑的上部結構設計

在對坡地建筑的主體結構進行計算時，首先要考慮到側向壓力的影響，利用理正軟件得出集中力，再對結構整體進行計算分析。坡地建筑的結構設計不但要滿足承載能力極限狀態，還應當滿足正常使用極限狀態。除去基礎不均勻沉降外，坡地建筑在風、地震等水平荷載的作用下也容易產生局部滑坡、失穩等破壞。綜合考慮各種不利因素，在坡地建筑的上部結構設計中應當采取如下措施：①建筑場地盡量避開不穩定的邊坡，并嚴格控制施工質量；②加強對底部的設計，從概念設計上重視抗震措施；③設置防震縫：④增強建筑上部結構與基礎之間的協調性；⑤加強對基礎的監測，及時發現沉降、滑移等情況，并采取有效措施進行處理。

結語：

隨著土地資源越來越緊缺，興建坡地建筑是必然趨勢，但坡地建筑對結構設計的要求較高，我國目前又對這方面研究較少，所以未來還應當加強對坡地建筑的研究，找出更加有效的坡地建筑結構設計方案，以提高坡地建筑質量。