一種坡地建筑結構的設計方法

曾 偉，賀 渝、2，黃 江

一種坡地建筑結構的設計方法

曾 偉1，賀 渝1、2，黃 江3

（1重慶宏筑建筑設計有限公司，重慶 401120；2重慶市渝北區建設工程質量監督站，重慶401120；3重慶市美聯建筑工程有限公司，重慶 401120）

按照常規方法設計坡地建筑結構，會導致計算模型與實際不符。該文對坡地建筑結構設計時應注意的要點和處理方法提出參考建議，并結合相關工程實例給出一種坡地建筑結構的處理方法。

坡地建筑結構；軟件模擬；結構設計

引言

坡地建筑就是在高差較大的地形地貌上修建的建筑物，其底部嵌固端不在同一個平面上。由于坡地建筑的底層高差較大，因此常見的接地的處理方法有“吊層”和“掉層”，結構上即為架空、退階。“吊層”的處理可以避免大面積開挖，保持坡地的原有地形，方便人流通過連接道路與坡道或者樓梯入戶，這種接地方式可節約建造成本。“掉層”的處理可以將高邊坡逐階退臺，使其變成一段段高差較小的平地，進行建筑修筑，這種方式雖然要造成大量開挖，但是此方法避免了高邊坡的處理，而且在一段段平階上也便于施工。

在重慶和貴州等山區較多的城市，坡地建筑已成為一種特色。雖然坡地建筑日益見多，但是坡地建筑結構與常規結構的設計有些不同，若用常規的設計方法來進行坡地建筑結構設計，必然會有一些指標不能滿足規范。因此，本文依據現行設計規范，從軟件模擬與現場處理等方面對坡地建筑結構設計相關問題展開討論，為相似工程結構的設計提供一種參考經驗。

1 設計建模問題

由于坡地建筑的特殊性，其嵌固端不能建在一個平面上，所以不能與常規的建筑結構等同設計。在結構設計中，通常采用下面幾種常見的建模方法：

（1）在PMCAD的樓層組裝中，逐層設支座，即將開始退臺的柱底設為支座。此方法比較繁瑣，層數較少的結構可以使用此方法。

（2）將高度填在PMCAD的設計信息中的與基礎相連的最大底標高中，即填入開始掉層的柱頂標高，此時軟件自動判別支座，這種方法較為便捷，操作方便。

盡管上述兩種處理方法具有一定的可操作性，但由于目前關于坡地建筑抗結構的抗震性能研究的理論資料不夠充分，結構設計人員對這種特殊結構形式的認識也不足，無法從整體上把握這種結構形式，結構設計時主要按照工程經驗進行設計。從“5·12”汶川地震的坡地建筑損害現象來看，經驗做法往往存在潛在的缺陷。以下論述幾種常用的設計坡地建筑結構的方法及其存在的問題。

（1）露樁設計。露樁設計在重慶較多，這種設計方法是將樁頂做平，然后在樁上修造建筑結構。由于坡地的標高不同，造成了一部分樁埋在基巖中，一部分露在基巖外。這種設計方法之所以不合理，一是因為露樁會造成露在基巖外面的樁形成短柱，二是因為露樁在沒有側向基巖約束時，造成了柱的計算長度增長，與實際模型不相符。有震害調查[1]指出在地震下，采用樁柱體系，伸出地面的樁身頂部會嚴重破壞。

（2）先常規設計，再把豎向構件往下落。該設計方法是一些結構設計師在沒有明確的規范的要求下，采用的一種“虛模型”的設計方法。因為按常規的設計方法，可以避免吊層與掉層結構計算模型中位移比、受剪承載力、剛度比超標的因素，然后再把不在同一標高上的豎向構件落到基礎上，只用在配筋和截面上稍作加強。然而加強多少，并沒有量度；并且這一方法還忽略了一個重要問題，即常規結構與坡地建筑結構的受力的方式是否一樣。王麗萍[2]給出了掉層結構的內力分配規律。

（3）將豎向構件建在同一標高上設計。該方法與方法（2）類似，都是設計者人為地將計算模型簡化；然而這種簡化往往伴隨著較大的設計誤差。將豎向構件建在同一標高上設計的方法就是先按不等高嵌固的模型計算，然后再將不等高的豎向構件落到最下面一層吊層的底標高上再次計算進行對比設計。這種方法缺少可靠性，但是在表面上看起來合理，所以常常被設計者所采用。

本文結合工程實例提出一種坡地建筑結構的設計方法，其思路為先按照平地建筑進行結構設計，在進行結構施工時通過適當的處理使其與結構設計模型相符合，以此實現坡地建筑的設計與實際結構受力更為一致。

2 工程實例

某坡地上工程為商住樓，框架-核心筒結構，總面積為2.8萬m2，共27層（底部掉層2層），建筑總高度為97.2m。基準期的基本風壓WO=0.40kN/m2（主體高度大于60m時按基本風壓的1.1倍取）；地面粗糙度為B類，建筑物的體型系數1.4，由于該工程位于坡地，還需按規范考慮其坡頂地形條件修正系數ηB。抗震設防烈度為6度，設計基本地震加速度值0.05g，場地設計地震分組為第一組。場地類別為Ⅱ類，特征周期為0.35s，結構阻尼比0.05，水平地震影響系數最大值0.04。

2.1 地基基礎設計

（1）地質條件

經現場工程地質調查和鉆探揭示，場區內未見不良地質作用，地質災害不發育，場地現狀穩定，適宜該工程建設。基礎持力層為以中等風化頁巖和粉砂巖為基礎持力層，頁巖飽和抗壓強度標準值為10.98MPa，地基承載力特征值為3.84MPa，砂巖飽和抗壓強度標準值為28.91MPa，地基承載力特征值為10.12MPa。

（2）基礎設計（圖1）

圖1 基礎平面圖

根據地勘報告，結合設計情況，該工程基礎選型如下：框架部分采用樁基，核心筒部分采用筏基。樁基采用人工挖孔樁，其基礎嵌入完整中風化巖層。嵌巖樁單樁豎向極限承載力標準值和設計值及嵌入中等風化基巖的深度按 《建筑樁基技術規范》(JGJ94-2008)第5.3.9條計算。相鄰有高差的樁基應滿足剛性角不大于45°的要求。

（3）環境處理方案

該工程場地高差變化不均，建筑結構方案設計時充分利用場地關系進行設計，避免大開挖及高邊坡的出現。建筑主體部分位于周邊環境的高差較小部分，采用鋼筋混凝土擋土墻或重力式擋土墻支護， 鋼筋混凝土擋土墻墻厚為250～400mm；重力式擋土墻根據支擋土層的高度按圖集04J008選用。由于基坑開挖而形成的臨時邊坡，采用自然放坡時，土層取1∶1.5，強風化巖層取1∶0.5，中風化巖層取1∶0.2。場地道路環境部分，部分區域高差較大，擬采用錨桿擋墻進行設計。

2.2 掉層部分結構設計

由于該建筑需要形成依山而建的效果，加之于坡地建筑的假定模型與現有的軟件模擬不相符，因此本設計采用了特殊的處理，使模型與真實邊界條件相吻合。處理簡圖見圖2，處理方法如下：

圖2 具體處理簡圖

（1）由于該工程巖石基本穩定，不開挖就可達到穩定持力層，因此將不掉層的柱下樁孔一直向下開挖，使各個樁的樁底平齊。

（2）澆筑樁時，使樁頂控制于同一標高，然后預留豎向構件插筋（位于樁孔中的柱子不能回填填料，避免造成不等高嵌固）。

（3）掉層部分的豎向構件通過水平轉孔，然后通過水平拉梁與非掉層的柱子形成整體結構。

通過上述方法處理后，結構計算模型可按常規方法進行建模計算。但由于掉層與非掉層豎向構件只有拉梁，沒有板，造成樓板開大洞時不連續，于是進行了超限分析。分析指標見表1。

通過以上指標表格的顯示，該工程按常規結構設計即可，按照抗震規范[3]的要求正常經行抗震措施和抗震構造措施，無需經行特別處理。經過彈塑性分析，在大震作用下，在樁孔中的柱子的位移小于柱頂到樁邊的距離。因此，說明本文介紹的方法具有一定可行性。

表1 結構分析指標表

3 結論

（1）現有的結構設計軟件不能合理模擬掉層與吊層的結構，只有將復雜事情簡單化，才能使設計結果滿足規范要求。

（2）本文介紹的處理方法只適用于穩定的巖石地基，其他類型的地基還有待研究。

（3）本文介紹的方法中，必需保證在樁孔中的柱與穿過鋼管的連系梁不被填料掩埋，這樣才能保證在地震作用下，結構的整體協同工作，設計計算才可按常規結構設計。

[1]王麗萍.5·12汶川地震典型山地建筑結構房屋震害調查[J].西安建筑科技大學學報，2009，41（6）:822-826.

[2]王麗萍.山地建筑結構設計地震動輸入與側向剛度控制方法[D].重慶：重慶大學，2010.

[3]中國建筑科學研究院.GB50011-2010建筑抗震設計規范[S].北京：中國建筑工業出版社，2010.

責任編輯：孫蘇

ALC板的搬運、起吊和保管

1、ALC板由工廠直接運至施工現場，進入現場后應減少轉運。

2、板的搬運、裝卸和起吊，使用尼龍帶、小推車、塔吊等專用機具，運輸時應采取良好的綁扎措施。

3、ALC板材的施工現場堆放地應靠近安裝地點，選擇地勢堅實、平坦、干燥之處，并不得使板材直接接觸地面，下部用加氣塊或木方支墊，每層高≤1m，總高度≤2m，懸臂長度是板長1／5L～1／6L，雨季應采取覆蓋措施。

（摘自：中國建材網）

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A Design Method of Hillside-building Structure

The routine design method is applied to design hillside-building structure;the calculation model is incompatible with the reality.Some corresponding advices are given to the main points of deserving attention in hillside-building structure design and countermeasures are given.Meanwhile,a treatment of hillside-building structure is presented through relevant project case.

hillside building;software simulation;structural design

TU3

A

1671-9107（2013）03-0055-03

10.3969／j.issn.1671-9107.2013.03.055

2013-01-14

曾偉（1979-），男，四川資中人，本科，工程師，主要從事結構設計工作。