坡地高层建筑结构设计应注意问题选题

摘要：随着社会的发展与进步，越来越多的建筑师希望借助坡地的优势来凸显建筑的功能和效果。重视坡地高层建筑结构设计对于现实生活中具有重要的意义。本文主要介绍坡地高层建筑结构设计时应注意的几点问题的有关内容。
关键词坡地；高层；建筑；设计；结构；模型；基础；
引言
在《中国大百科全书•地理分册》里对山地的定义是这样的:“广义的山地包括山、高原和丘陵”;而在《辞海》中，则定义为“陆地表面高度较大，坡度较陡的隆起地貌;它以较小的峰顶面积区别于高原，又以较大的高度区别于丘陵。”本文所论述的“坡地’，是指除去高原以外的山和丘陵。因为，高原地带中，尤其是顶部，常常是开阔而平坦的地段，而山和丘陵，却具有共同的特征，即“坡”的存在。因此，本文不以常说的所谓“山地建筑”称呼，而称为“坡地建筑”，只要有坡的存在(坡度大于3%)，无论是山还是丘陵，都可以称之为坡地。

1、工程概况

某酒店式建筑大楼地理位置由于地势较高，地形起伏较大。本工程建筑面积65000m2。按建筑功能划分为A区和B区，A区地下1层，地上18层;B区地上12层。工程依山而建，A区3层、4层和屋面分别与B区首层、2层、3层相连。由于受建筑功能布置的限制，本工程A区和B区采取不分缝结构设计。本工程位于7度区，地震基本加速度值 0.10g，Ⅱ类场地；属于标准设防类 (丙类)建筑。为确保结构安全，设置两道防线 ，本工程采用框架一剪力墙现浇混凝土结构体系，框架抗震等级为二级，剪力墙抗震等级为二级 。

2、地质水文条件

本工程拟建场区地层上部为人工填土，其下为第四系坡积物和岩层，自上而下分为

摘自：写毕业论文经典的网站www.udooo.com

4大层。第①层为人工填土，主要为灰渣、砾石和建筑垃圾；第②层为山前坡积物，风化程度很高，为角砾含土，以坡积的碎石和角砾为主，粒径不等，菱角锋利，层间夹有粉质黏土，土的含量不均；第②层以下为岩层，为侏罗系南大岭组的基性浅成或喷出岩浆岩一玄武岩；第③层为强风化玄武岩，岩体破碎，裂隙很发育，结构大部分被破坏；第④层为中风化玄武岩 ，裂隙发育，岩体较完整；第⑤层为微风化一完整玄武岩 ，岩芯完整 。各层岩土地基承载力见表 1。

勘察范围内未发现地下水，在进行建筑物基础设计和施工时可不考虑地下水影响 。

3、应注意的问题

3.1基础设计

从地质条件可以看出，第③层和第④层都是理想的持力层。A区地下1层3.9m高，为全地下室，基底标高处即为第③层和第④层，为减少岩土开挖量，同时复核基础沉降差，A区采用独立基础，局部采用筏板基础，基础持力层为第③层和第④层。取基础埋深

1.5m>地下室底板设建筑配筋地面，可减少岩石继续风化。

B区首层和2层均设有基础，且处于坡体台阶上部，没有全地下室，岩体外露。根据勘察钻孔资料，B区采用独立基础，基础持力层选定为第④层中风化玄武岩。为避免地基风化和溶蚀，适当加深基础埋深，取

2.5m，同时做好地面排水设计。

B区与A区交接处，存在9m高的岩石坡体。岩体以上的B区基础的荷载可能对岩体产生不利影响。设计时采取以下主要措施保证坡体以上岩体和建筑物的稳定:当B区基础底部岩石裂隙面的倾斜角度和倾斜方向背向A区时，岩体稳定受影响较小，但由于基坑开挖对岩层的连续性和整体性可能破坏，仍有整体失稳的可能，为增强B区基础的整体性和稳定性，独立基础之间设置基础拉梁，并设置200mm厚的构造底板，加深与A区相邻的基础的埋深，使基底应力扩散范围内无岩体临空面。当B区基础底部岩石裂隙面的倾斜角度和倾斜方向朝向A区时，除采取上述措施外，应对岩体进行处理，采用挡土墙和预应力锚杆的永久性支护方案，既可以保证岩体和上部结构的稳定，又可以保护岩体减少风化侵蚀。

3.2岩石锚杆基础设计

为增强独立基础 承受水平力的能力 ，并提高基础与基岩的整体性 ，在独立基础下设岩石锚杆，锚杆采用 +32钢筋 ，锚杆孔直径 200mm，伸入第④层中风化玄武岩不小于 2000mm，采用M30水泥砂浆灌浆，锚杆在独立基础内满足锚固长度要求。每个独立基础下设不少于 5根锚杆，锚杆间距不小于 1200mm，单根锚杆抗拔承载力特征值 Rt为 200kN，通过现场试验检验确定。

3.3地下室的设计

坡地建筑均依山而建，建筑师根据地势进行楼层和功能布置 ，势必造成依 山半地下室，即 4面 中至少有 1面没有被岩土遮挡 (这里称有岩土遮挡的一面为迎坡面)。本工程 A区首层 、2层的东侧和北侧 没有 被岩 土遮挡 ，而西侧和南侧 为山体 ，为迎坡面 ；同样 ，B区首层 、2层 的东侧和 北侧没有被岩土遮挡 ，而西侧和南侧为山体，为迎坡面。按照通常做法，在迎坡面设置钢筋混凝土外墙作为挡土墙，但是这样带来两个问题：① 由于设置 的钢筋混凝土外墙对于整个建筑不对称布置，加上外墙刚度极大，所以造成结构刚心与质心偏离较大，结构扭转严重；②由于钢筋混凝土外墙 与岩 体直接接触 ，岩体振动直接 传给结构 ，从而使结构往嵌同层以上受到不确定的水平地震力，对结构产生不利影响。基于以上分析 ，本工程采取护坡与结构主体完全分离的设计方法，如图1，避免了以上问题的发生。

图1A、B区之间岩体高差处处理

3.4控制层刚度比与扭转

层刚度和层刚度比是两个重要参数。目前计算层刚度主要有三种方法:a.层剪力与层间位移比值方法。b.剪切刚度方法;c.剪弯刚度方法;按抗震规范定义:层的抗侧移刚度实际上就是使层刚心产生单位所需的水平力。层刚度比可以判断各层间的刚度均匀分布.在《高层建筑混凝土结构技术规程》（J 186-2010)第4. 4. 2条.10.

2. 6条.4. 4. 3条.5.3.7条对高层结构的层刚比作了规定。

控制扭转规则:根据《建筑抗震设计规范》（GB 50011-2010)第3.4.2条及表3. 4. 2-1的规定.楼层的最大弹性水平位移(或层间位移).大于该楼层两端弹性水平位移(或层间位移)平均值的1.2倍.同时抗震规范3. 4. 3条规定.扭转规则时，应计及扭转影响且楼层竖向构件最大的弹性水平位移和层间位移分别小宜大于楼层两端弹性水平位移和层间位移平均值的1. 5倍;因此通过控制结构的扭转位移使结构具备必要的抗扭刚度保证结构满足地震作用下的抗扭要求史好地满足结构的抗震安全性。

3.5多个嵌固层的处理问题

由于受建筑功能布置的限制，本工程 A区和 B区采取不分缝 结构 设计 ，A区和 B区 同为一个 计算单元 。A区地下 1层全部埋 于地下，嵌固于首层，绝对标 高 63．400m；B区没有全部埋 于地下的楼层 ，嵌固于基础，而 B区基础依地势分别位于 B区首层和2层 ，绝对标高分别为 76．300m，80．700m。可见，本工程有 3个嵌固楼层，而每个嵌固楼层仅对局部抗侧力构件进行了6个自由度的约束 。
在A区地下 1层设置全地下室 ，在 B区首层和2层设有基础的柱底 、剪力墙底施加支座 固接约束。针对多个嵌固层，计算中采用与实际相符的计算模型，为验证程序和模型的可靠性，同时采用 PKPM和 ETABS计算。从概念上把握结构的整体抗震性能，应该加强 A区和 B区的整体性，充分利用 B区两层局 部嵌固对 整体结构的有 利影响：A区 3层和 B区首层 、A区 4层和 B区 2层均采用框架梁+厚板的楼盖体系，并双向双层配筋，配筋率不小于 0．25％，增强楼板整体性和传 递地震力的能力 。对 A区结构而言，上下端均被嵌 固，重 点应该防止中部扭转作用，故设计时在 A区远离 B区部分加设剪 力墙 ，以增加其 抗扭转的能力。对 B区结构而言 ，主要针对 底部 3层 ，由于 A区结 构对其的拖累作用，使得 B区底 部承 受较大的地震剪力，设计时采用加设剪力墙 、加大基础 埋深 、原槽 开挖 基坑 、加设基础拉梁 和构造底板的方法予以增强 ，同时控制底部 3层 的扭转位 移比。以上概念和模型计算结果基本吻合 。图 2为各层质心振动简图 ，可 以看出 ，底 部几层位移较小 ，说 明 B区底部 的嵌固对于整个结构的有利影响较大 ；只有高振型底部几层的位移稍大，这主要是结构扭转位移导致的。

3.6结构薄弱层的验算和控制

A 控制意义：
避免薄弱层的轻易出现,若不可避免要采取相应措施予以加强。
B 规范条文
高规的4.4.2、5.1.14条规定，抗震设计的高层建筑结构，其楼层侧向刚度小于其上一层的70%或小于其上相临三层侧向刚度平均值的80%，或某楼层竖向抗侧力构件不连续，其薄弱层对应于地震作用标准值的地震剪力应乘以1.15的增大系数。
规范规定：高规的4.4.3、5.1.14条规定，高度高层建筑的楼层层间抗侧力结构的受剪承载力不宜小于其上一层受剪承载力的80%，不应小于其上一层受剪承载力的65%；B级高度高层建筑的楼层层间抗侧力结构的受剪承载力不应小于其上一层受剪承载力的75%。抗震设计的高层建筑结构，结构楼层层间抗侧力结构的承载力小于其上一层的80%，其薄弱层对应于地震作用标准值的地震剪力应乘以1.15的增大系数。
结束语
坡地是自然地貌中最常见的一种类型，坡地建筑的历史几乎与建筑史一样长久。古人一直将复杂多变的坡地形态，看作是建筑的有利条件。然而在建筑的过程中，只有严把质量关，认真对待每一个环节、才能使得坡地建筑不断得到完善与发展。
参考文献
1．候幼彬．中国建筑美学．黑龙江科学技术出版社，2011
2．邹德侬．中国现代建筑史．天津科学技术出版社，2010
3．王缨周．建筑地基基础设计规范(CGBSOOO}-2002).中国建筑工业出版社，2002
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。