淺析坡地高層建筑結構設計的要點

王維濤

摘 要：本文主要介紹坡地高層建筑結構設計應注意的幾點問題的有關內容。

關鍵詞：坡地；高層；建筑；設計；結構；模型

本文所論述的“坡地”，是指除去高原以外的山和丘陵。因為，高原地帶中，尤其是頂部，常常是開闊而平坦的地段，而山和丘陵，卻具有共同的特征，即“坡”的存在。因此，本文不以常說的所謂“山地建筑”稱呼，而稱為“坡地建筑”，只要有坡的存在（坡度大于3%），無論是山還是丘陵，都可以稱之為坡地。

一、工程概況

某建筑大樓地理位置由于地勢較高，地形起伏較大。本工程建筑面積35000m2。按建筑功能劃分為A區和B區，A區地下1層，地上9層；B區地上10層。工程依山而建，A區3層、4層和屋面分別與B區首層、2層、3層相連。由于受建筑功能布置的限制，本工程A區和B區采取不分縫結構設計。

二、結構方案的選取

高層建筑結構方案的選取經常因為建筑的使用功能、建筑平面布置等要求而確定.高層建筑結構體系主要有框架剪力墻.剪力墻，框架——筒體或筒中筒結構體系這些結構體系小但能承受豎向荷載.而且具有良好的抗側力剛度.能有效地抵抗結構水平作用力。

三、應注意的問題

1.基礎設計。從地質條件可以看出，第③層和第④層都是理想的持力層。A區地下1層3.9m高，為全地下室，基底標高處即為第③層和第④層，為減少巖土開挖量，同時復核基礎沉降差，A區采用獨立基礎，基礎持力層為第③層和第④層。取基礎埋深1.5m>地下室底板設建筑配筋地面，可減少巖石繼續風化。

B區首層和2層均設有基礎，且處于坡體臺階上部，沒有全地下室，巖體外露。根據勘察鉆孔資料，B區采用獨立基礎，基礎持力層選定為第④層中風化玄武巖。為避免地基風化和溶蝕，適當加深基礎埋深，取2.5m，同時做好地面排水設計。

B區與A區交接處，存在9m高的巖石坡體。巖體以上的B區基礎的荷載可能對巖體產生不利影響。設計時采取以下主要措施保證坡體以上巖體和建筑物的穩定：當B區基礎底部巖石裂隙面的傾斜角度和傾斜方向背向A區時，巖體穩定受影響較小，但由于基坑開挖對巖層的連續性和整體性可能破壞，仍有整體失穩的可能，為增強B區基礎的整體性和穩定性，獨立基礎之間設置基礎拉梁，并設置200mm厚的構造底板，加深與A區相鄰的基礎的埋深，使基底應力擴散范圍內無巖體臨空面。當B區基礎底部巖石裂隙面的傾斜角度和傾斜方向朝向A區時，除采取上述措施外，應對巖體進行處理，采用擋土墻和預應力錨桿的永久性支護方案，既可以保證巖體和上部結構的穩定，又可以保護巖體減少風化侵蝕。

2.地下室的設計。坡地建筑均依山而建，建筑師根據地勢進行樓層和功能布置，勢必造成依 山半地下室，即 4面 中至少有 1面沒有被巖土遮擋 （這里稱有巖土遮擋的一面為迎坡面）。本工程 A區首層 、2層的東側和北側 沒有 被巖 土遮擋 ，而西側和南側 為山體 ，為迎坡面 ；同樣 ，B區首層 、2層 的東側和 北側沒有被巖土遮擋 ，而西側和南側為山體，為迎坡面。按照通常做法，在迎坡面設置鋼筋混凝土外墻作為擋土墻，但是這樣帶來兩個問題：① 由于設置 的鋼筋混凝土外墻對于整個建筑不對稱布置，加上外墻剛度極大，所以造成結構剛心與質心偏離較大，結構扭轉嚴重；②由于鋼筋混凝土外墻 與巖 體直接接觸 ，巖體振動直接 傳給結構 ，從而使結構往嵌同層以上受到不確定的水平地震力，對結構產生不利影響。基于以上分析 ，本工程采取護坡與結構主體完全分離的設計方法，如圖1，避免了以上問題的發生。

圖1 AB區之間巖體 高差處處理

3.控制層剛度比與扭轉。層剛度和層剛度比是兩個重要參數。目前計算層剛度主要有二種方法：a.層剪力與層間位移比值方法。b.剪切剛度方法；c.剪彎剛度方法；按抗震規范定義：層的抗側移剛度實際上就是使層剛心產生單位所需的水平力。層剛度比可以判斷各層間的剛度均勻分布.在新高規4. 4. 2條.10. 2. 6條.4. 4. 3條.5.3.7條對高層結構的層剛比作了規定。

4.基礎埋置深度。基礎埋置深度，應按下列條件確定：（1）建筑物的用途，有無地下室、設備基礎和地下設施，基礎的型式和構造；（2）作用在地基上的荷載大小和性質；（3）工程地質和水文地質條件；（4）相鄰建筑物和基礎埋深；（5）地基土凍脹和融陷的影響。

5.結構薄弱層的驗算和控制

（1）控制意義及其規范。避免薄弱層的輕易出現，若不可避免要采取相應措施予以加強.高規的3.4.2、5.1.14條規定，抗震設計的高層建筑結構，其樓層側向剛度小于其上一層的70%或小于其上相臨三層側向剛度平均值的80%，或某樓層豎向抗側力構件不連續，其薄弱層對應于地震作用標準值的地震剪力應乘以1.15的增大系數。

規范規定：高規的4.4.3、5.1.14條規定，A級高度高層建筑的樓層層間抗側力結構的受剪承載力不宜小于其上一層受剪承載力的80%，不應小于其上一層受剪承載力的65%；B級高度高層建筑的樓層層間抗側力結構的受剪承載力不應小于其上一層受剪承載力的75%。抗震設計的高層建筑結構，結構樓層層間抗側力結構的承載力小于其上一層的80%，其薄弱層對應于地震作用標準值的地震剪力應乘以1.15的增大系數。

（2）計算方法及程序實現.薄弱層方法之一：按層剛度比來判斷；薄弱層方法之二：按樓層承載力比來判斷；薄弱層方法之三：按樓層彈塑性層間位移角來判斷；

四、結語

坡地是自然地貌中最常見的一種類型，坡地建筑的歷史幾乎與建筑史一樣長久。古人一直將復雜多變的坡地形態，看作是建筑的有利條件。然而在建筑的過程中，只有嚴把質量關，認真對待每一個環節、才能使得坡地建筑不斷得到完善與發展。

參考文獻：

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