坡地建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(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)地下車庫以及一排商業(yè)網(wǎng)點(diǎn)，其中32號(hào)樓和網(wǎng)點(diǎn)位于車庫范圍之外。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：東側(cè)場(chǎng)地高的部分需要爆破：西側(cè)靠近水庫的部分需要打樁；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，還可以通過在基礎(chǔ)下布設(shè)巖石錨桿來解決基礎(chǔ)滑移的問題。

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來說，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強(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(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：

隨著土地資源越來越緊缺，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，我國目前又對(duì)這方面研究較少，所以未來還應(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。