坡地建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的探討

曲海龍

【摘要】我國(guó)的國(guó)土面積有三分之二是山地，全國(guó)城鎮(zhèn)中有相當(dāng)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(jié)構(gòu)與常規(guī)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)有相當(dāng)大的不同之處，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)若用常規(guī)的設(shè)計(jì)方法來(lái)進(jìn)行坡地建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，必然會(huì)與實(shí)際情況有較大的不符，造成要么經(jīng)濟(jì)上較大的浪費(fèi)，要么結(jié)構(gòu)安全上有較大隱患，甚至釀成安全事故。鑒于此，本文對(duì)坡地建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析探討，僅供參考。

【關(guān)鍵詞】坡地建筑；結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)

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(diǎn)是建筑物底部的嵌固端不在同一個(gè)水平面上。坡地建筑即建造在地勢(shì)相對(duì)高起、表面起伏很大的山區(qū)及地貌起伏變化較大的非山區(qū)的建筑物。坡地地貌的起伏變化既為建筑設(shè)計(jì)帶來(lái)很多限制又為建筑創(chuàng)作提供了獨(dú)特的想象空間，與地形地貌結(jié)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(huán)境協(xié)調(diào)，符合生態(tài)建筑要求和綠色建筑的特征。就結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)而言，坡地建筑同樣面臨著結(jié)構(gòu)安全性和經(jīng)濟(jì)性的雙重挑戰(zhàn)。

2、項(xiàng)目概況

某工程勘察時(shí)場(chǎng)區(qū)地面標(biāo)高最大值70.25m，最小值51.43m，地表相對(duì)高差18.82m。整個(gè)小區(qū)包括30～39號(hào)共10個(gè)單體、一個(gè)地下車(chē)庫(kù)以及一排商業(yè)網(wǎng)點(diǎn)，其中32號(hào)樓和網(wǎng)點(diǎn)位于車(chē)庫(kù)范圍之外。由于場(chǎng)地高差大，不同位置的主樓基礎(chǔ)方案存在較大的差異，大概可以分為三大類(lèi)：東側(cè)場(chǎng)地高的部分需要爆破：西側(cè)靠近水庫(kù)的部分需要打樁；位于沖溝邊緣的主樓需要進(jìn)行地基處理。

3、坡地建筑的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

坡地建筑的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)滿足《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50007-2011）中的相關(guān)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(wěn)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(chǔ)。天然淺基礎(chǔ)具有開(kāi)挖深度小、經(jīng)濟(jì)性好等優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)坡地建筑的上部結(jié)構(gòu)傳至基礎(chǔ)的荷載較小時(shí)這是一種最為經(jīng)濟(jì)合理的基礎(chǔ)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(jié)構(gòu)傳至基礎(chǔ)的荷載較大，天然淺基礎(chǔ)不能夠滿足其承載力要求，此時(shí)可以選擇人工挖孔墩基礎(chǔ)，這種基礎(chǔ)造價(jià)較低、質(zhì)量較好。在持力層埋藏很深的情況下，人工開(kāi)挖基礎(chǔ)的施工難度增大，需要穿越較厚的巖土層，此時(shí)建議采用沖孔灌注樁，不過(guò)采用沖孔灌注樁的工程造價(jià)比較高，成樁質(zhì)量不穩(wěn)定。

為了防止基礎(chǔ)不均勻沉降情況的發(fā)生，原則上同一結(jié)構(gòu)單元的基礎(chǔ)不能夠設(shè)置在性質(zhì)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(guò)在實(shí)際建筑設(shè)計(jì)之時(shí)，受坡地地形的影響，當(dāng)基巖面起伏較大時(shí)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(xiàn)大部分基礎(chǔ)落在土層、另外一小部分基礎(chǔ)落在巖石層的情況，從而導(dǎo)致土層上的基礎(chǔ)沉降遠(yuǎn)大于基巖上的基礎(chǔ)沉降，進(jìn)而引發(fā)不均勻沉降問(wèn)題，嚴(yán)重者會(huì)使建筑結(jié)構(gòu)遭到破壞。對(duì)此，解決方法主要有兩種：采用褥墊層對(duì)基礎(chǔ)與巖石接觸區(qū)域進(jìn)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(chǔ)與人工挖孔墩基礎(chǔ)結(jié)合的形式，將持力層均引至基巖上，還可以通過(guò)在基礎(chǔ)下布設(shè)巖石錨桿來(lái)解決基礎(chǔ)滑移的問(wèn)題。

4、坡地建筑的擋土墻設(shè)計(jì)

在坡地建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，擋土墻的設(shè)計(jì)意義重大，因?yàn)閾跬翂Φ脑O(shè)計(jì)直接關(guān)系著建筑上部結(jié)構(gòu)的整體設(shè)計(jì)，是上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵?？傮w來(lái)說(shuō)，坡地建筑擋土墻的設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)遵循安全、合理、經(jīng)濟(jì)這三項(xiàng)原則，要從工程場(chǎng)地的實(shí)際情況出發(fā)，充分結(jié)合當(dāng)?shù)氐牡匦蔚刭|(zhì)條件，因地制宜地進(jìn)行設(shè)計(jì)。只有這樣，才能夠使工程項(xiàng)目取得最佳的社會(huì)效益。一般情況下，坡地建筑擋土墻的設(shè)計(jì)有兩種方法：將擋土墻與建筑的主體結(jié)構(gòu)分開(kāi)脫離，這種方法的優(yōu)點(diǎn)是受力明確，有利于建筑防水防潮，缺點(diǎn)在于會(huì)增加巖石的開(kāi)挖量，從而增加工程造價(jià)，延長(zhǎng)施工工期，還會(huì)使建筑的使用空間縮小，容易達(dá)不到業(yè)主的要求：

結(jié)合建筑的主體結(jié)構(gòu)布置擋土墻，也就是說(shuō)對(duì)擋土墻與相應(yīng)部位的主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行聯(lián)合設(shè)計(jì)，將擋土墻和底板、頂板等組成合理的建筑空間結(jié)構(gòu)，從而既減少工程造價(jià)，縮短施工工期，增大空間面積。當(dāng)然，坡地建筑的擋土墻本身就對(duì)設(shè)計(jì)要求較高，必須滿足如下要求。①?gòu)?qiáng)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(jì)算模型應(yīng)當(dāng)按照一米板帶寬度、下端固定、上端簡(jiǎn)支的單向板進(jìn)行計(jì)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(shè)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(wěn)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(wěn)定性要求，一般可以在進(jìn)行墻身設(shè)計(jì)之時(shí)通過(guò)增加墻趾的外挑尺寸來(lái)增加擋土墻的抗傾覆力矩和抗滑移摩阻力，穩(wěn)定土壤性質(zhì)，緩解墻背土壓力。另外需要注意，擋土墻內(nèi)側(cè)不能直接設(shè)置泄水孔，而是要在背面底部和中部設(shè)置排水盲溝。

5、坡地建筑的上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在對(duì)坡地建筑的主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算時(shí)，首先要考慮到側(cè)向壓力的影響，利用理正軟件得出集中力，再對(duì)結(jié)構(gòu)整體進(jìn)行計(jì)算分析。坡地建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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)。除去基礎(chǔ)不均勻沉降外，坡地建筑在風(fēng)、地震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。綜合考慮各種不利因素，在坡地建筑的上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)當(dāng)采取如下措施：①建筑場(chǎng)地盡量避開(kāi)不穩(wěn)定的邊坡，并嚴(yán)格控制施工質(zhì)量；②加強(qiáng)對(duì)底部的設(shè)計(jì)，從概念設(shè)計(jì)上重視抗震措施；③設(shè)置防震縫：④增強(qiáng)建筑上部結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)之間的協(xié)調(diào)性；⑤加強(qiáng)對(duì)基礎(chǔ)的監(jiān)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)沉降、滑移等情況，并采取有效措施進(jìn)行處理。

結(jié)語(yǔ)：

隨著土地資源越來(lái)越緊缺，興建坡地建筑是必然趨勢(shì)，但坡地建筑對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求較高，我國(guó)目前又對(duì)這方面研究較少，所以未來(lái)還應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)對(duì)坡地建筑的研究，找出更加有效的坡地建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，以提高坡地建筑質(zhì)量。