关于坡地建筑结构设计的探讨

关于坡地建筑结构设计的探讨
所谓坡地建筑，就是指的那些在高差较大的坡地地形上进行兴建的建筑物，其最大的特点是建筑物底部的嵌固端不在同一个水平面上[1]。

将坡地修整成为多个连续的台地，在各个台地上兴建多高层建筑，已经成为了缓解当今土地资源紧张问题的主要举措，同时这也是塑造良好建筑环境的积极尝试。

不过，由于坡地的地形地貌比较特殊、地质条件比较复杂，所以在上面兴建建筑物的难度也较大，对建筑结构设计的要求非常高。

笔者以烟台万科御龙山工程为例，结合该工程的实际情况，根据相关技术理论，简单谈一谈关于坡地建筑结构设计的相关问题和措施要点。

一、烟台万科御龙山工程概况
1、项目概况
烟台万科御龙山工程项目位于烟台市芝罘区，整个项目分为多个地块，其中D 地块场地条件尤为复杂，整体呈现东高西低、南高北低的台阶形状，高差较大；在场区的中部横贯一条冲沟；西南临水库，勘察时场区地面标高最大值70.25m,最小值51.43m,地表相对高差18.82m。

整个小区包括30号-39号共10个单体，一个地下车库以及一排商业网点,其中32 号楼和网点位于车库范围之外。

由于场地高
差大，不同位置的主楼基础方案存在较大的差异，大概可以分为三大
类：①东侧场地高的部分需要爆破；②西侧靠近水库的需要打桩；③
位于冲沟边缘的主楼需要进行地基处理。

2、地质概况
对烟台万科御龙山工程现场进行实地勘察和分析，得出其地质层的基本分布规律和评价如下：①第一层：素填土，厚度不均，变化较大，松散，固结性一般，工程性质差；②第二层：粉质粘土，场区部分钻孔分布，可塑，工程性质较差；③第三层：上层粉质粘土，场区部分钻孔分布，可塑-硬塑，中等压缩性，工程性质一般；中层中砂，场区部分钻孔分布，稍密-中密，饱和，工程性质一般；下层角砾混粘性土，主要分布在冲沟区域及商业楼部分区域，松散-稍密，饱和，该层土质极不均匀，局部粘性土与角砾互层，工程性质一般；④第四层：上层全风化云母片岩，风化成砂状，遇水软化、泥化，工程性质一般，承载能力一般；下层全风化闪长岩，风化成砂土状，承载能力一般；⑤第五层：上层强风化云母片岩，场区局部分布，分布区域稳定，厚度连续，场区厚度变化较大，物理力学性质较好，工程性质较好，岩体基本质量等级为V 级；中层强风化闪长岩，场区局部分布，场区厚度变化较大，物理力学性质较好，工程性质较好，岩体基本质量等级为V 级；下层强风化花岗岩，场区局部分布，场区厚度变化较大，物理力学性质较好，工程性质较好，岩体基本质量等级为IV 级；
⑥第六层：上层中风化云母片岩，场区局部分布，物理力学性质好，工程性质好，为场区稳定基岩；中层中风化闪长岩，场区局部分布，物理力学性质
好，工程性质好，为场区稳定基岩；下层中风化花岗岩，场区大部分分布，物理力学性质好，工程性质好，为场区稳定基岩。

二、坡地建筑的基础设计
坡地建筑的基础设计应当满足《建筑地基基础设计规范》
(GB50007-2002中的相关要求，即上部建筑的承载能力要求、沉降变形要求以及建筑整体的稳定性要求。

坡地建筑持力层分布不均。

一般在持力层埋藏较浅并且分布均匀的情况下，首先可以考虑天然浅基础，天然浅基础具有开挖深度小、经济性好等优点，当坡地建筑的上部结构传至基础的荷载较小时这是一种最为经济合理的基础选择；在持力层埋藏较深并且分布起伏变化较大的情况下，由于坡地建筑的上部结构传至基础的荷载较大，所以天然浅基础不能够满足其承载力要求，此时可以选择人工挖孔墩基础，同样造价较低、质量较好；而在持力层埋藏很深的情况下，人工开挖基础的施工难度增大，需要穿越较厚的岩土层，此时建议采用冲孔灌注桩，不过其工程造价要比较高，成桩质量不稳定[2]。

另外，为了防止基础不均匀沉降情况的发生，原则上同一结构单元的基础不能够设置在性质相差较大的地基上，也不能够部分采用天然地基、部分采用桩基。

不过在实际建筑设计之时，受坡地地形的影响，当基岩面起伏较大时常常不得不采用多种土层作
为持力层，这造成很多坡地建筑工程出现大部分基础落在土层、另外一小部分基础落在岩石层的情况，从而导致土层上的基础沉降远大于基岩上的基
础沉降，进而引发不均匀沉降问题，严重者更可能会使建筑结构遭到破坏。

对此，解决方法主要有两种：①采用褥垫层对基础与岩石接触区域进行处理，褥垫主要由中砂、粗砂、炉渣等组成，厚度以300-500mm为宜；②采用天然浅基础与人工挖孔墩基础结合的形式，将持力层均引至基岩上，同时还可以通过在基础下布设岩石锚杆来解决基础滑移的问题[3]。

三、坡地建筑的挡土墙设计
在坡地建筑的结构设计中，挡土墙的设计意义重大，因为挡土墙的设计直接关系着建筑上部结构的整体设计，是上部结构设计的关键。

总体来说，坡地建筑挡土墙的设计应当遵循安全、合理、经济这三项原则，要从工程场地的实际情况出发，充分结合当地的地形地质条件，遵循其使用要求，因地制宜地进行设计[4]。

只有这样，才能够使工程项目取得最佳的社会效益。

一般情况下，坡地建筑挡土墙的设计有两种手段：①将挡土墙与建筑的主体结构分开脱离，这种方法的优点是受力明确，并且有利于建筑防水防潮，缺点在于会增加岩石的开挖量，从而增加工程造价、延长施工工期，并且还会使建筑的使用空间缩小，容易达不到业主的要求；②结合建筑的主体结构布置挡土墙，也就是说对挡土墙与相应部位的主体结构进行联合设计，将挡土墙和底板、顶板等组成合理的建筑空间结构，从而既减少工程造价、缩短施工工期，又增大空间面积。

当然，坡地建筑的挡土墙本身就对设计要求较高，必须要满足如下要求：①强度要求：在静止土压力和水压力的双重作用下，坡地建筑挡土墙的计算模型应当按照一米板带宽度，下端固
定、上端简支的单向板进行计算，其中土压力值以静止土压力取值，K以0.5取值；②刚度要求：为了增加坡地建筑挡土墙的刚度，可以选择在框架柱位置上设置钢筋混凝土扶壁柱，或是增加地下室顶板和底板的厚度；③稳定性要求：在覆土、自重、土压力及水压力等的共同作用之下，坡地建筑挡土墙必须要满足一定的稳定性要求，一般可以在进行墙身设计之时通过增加墙趾的外挑尺寸来增加挡土墙的抗倾覆力矩和抗滑移摩阻力，并同时稳定土壤性质、缓解墙背土压力；另外需要注意，挡土墙内侧不能直接设置泄水孔，而是要在背面底部和中部设置排水盲沟。

四、坡地建筑的上部结构设计
在对坡地建筑的主体结构进行计算时，首先要考虑到侧向上压力的影响，利用理正软件得出集中力，再对结构整体进行计算分析。

坡地建筑的结构设计不但要满足承载能力极限状态，还应当满足正常使用极限状态。

除却基础不均匀沉降外，在风荷载、地震作用等水平荷载的作用下也容易产生局部滑坡、失稳等破坏[6]。

烟台位于环渤海地震带，故而烟台万科御龙山工程的建筑结构设计更要重点关注抗震设
计。

综合考虑各种不利因素，在坡地建筑的上部结构设计中应当采取如下措施：①建筑场地尽量避开不稳定的边坡，并严格控制施工质量；②加强对底部的设计，从概念设计上重视抗震措施；③设置防震缝；④增强建筑上部结构与基础之间的协调性；⑤加强对基础的监测，及时发现沉降、滑移等情
况，并采取有效的措施进行处理。

结语：
综上所述，随着土地资源越来越紧缺，兴建坡地建筑是必然趋势, 但由于坡地建筑对结构设计的要求较高，而我国目前又对这方面研究较少，所以未来还应当加强对其的研究，找出更加有效的坡地建筑结构设计方案，以提高坡地建筑质量。