淺析坡地高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要點(diǎn)

王維濤

摘 要：本文主要介紹坡地高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)注意的幾點(diǎn)問(wèn)題的有關(guān)內(nèi)容。

關(guān)鍵詞：坡地；高層；建筑；設(shè)計(jì)；結(jié)構(gòu)；模型

本文所論述的“坡地”，是指除去高原以外的山和丘陵。因?yàn)?，高原地帶中，尤其是頂部，常常是開(kāi)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(shuō)的所謂“山地建筑”稱(chēng)呼，而稱(chēng)為“坡地建筑”，只要有坡的存在（坡度大于3%），無(wú)論是山還是丘陵，都可以稱(chēng)之為坡地。

一、工程概況

某建筑大樓地理位置由于地勢(shì)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(qū)和B區(qū)，A區(qū)地下1層，地上9層；B區(qū)地上10層。工程依山而建，A區(qū)3層、4層和屋面分別與B區(qū)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(qū)和B區(qū)采取不分縫結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

二、結(jié)構(gòu)方案的選取

高層建筑結(jié)構(gòu)方案的選取經(jīng)常因?yàn)榻ㄖ氖褂霉δ堋⒔ㄖ矫娌贾玫纫蠖_定.高層建筑結(jié)構(gòu)體系主要有框架剪力墻.剪力墻，框架——筒體或筒中筒結(jié)構(gòu)體系這些結(jié)構(gòu)體系小但能承受豎向荷載.而且具有良好的抗側(cè)力剛度.能有效地抵抗結(jié)構(gòu)水平作用力。

三、應(yīng)注意的問(wèn)題

1.基礎(chǔ)設(shè)計(jì)。從地質(zhì)條件可以看出，第③層和第④層都是理想的持力層。A區(qū)地下1層3.9m高，為全地下室，基底標(biāo)高處即為第③層和第④層，為減少巖土開(kāi)挖量，同時(shí)復(fù)核基礎(chǔ)沉降差，A區(qū)采用獨(dú)立基礎(chǔ)，基礎(chǔ)持力層為第③層和第④層。取基礎(chǔ)埋深1.5m>地下室底板設(shè)建筑配筋地面，可減少巖石繼續(xù)風(fēng)化。

B區(qū)首層和2層均設(shè)有基礎(chǔ)，且處于坡體臺(tái)階上部，沒(méi)有全地下室，巖體外露。根據(jù)勘察鉆孔資料，B區(qū)采用獨(dú)立基礎(chǔ)，基礎(chǔ)持力層選定為第④層中風(fēng)化玄武巖。為避免地基風(fēng)化和溶蝕，適當(dāng)加深基礎(chǔ)埋深，取2.5m，同時(shí)做好地面排水設(shè)計(jì)。

B區(qū)與A區(qū)交接處，存在9m高的巖石坡體。巖體以上的B區(qū)基礎(chǔ)的荷載可能對(duì)巖體產(chǎn)生不利影響。設(shè)計(jì)時(shí)采取以下主要措施保證坡體以上巖體和建筑物的穩(wěn)定：當(dāng)B區(qū)基礎(chǔ)底部巖石裂隙面的傾斜角度和傾斜方向背向A區(qū)時(shí)，巖體穩(wěn)定受影響較小，但由于基坑開(kāi)挖對(duì)巖層的連續(xù)性和整體性可能破壞，仍有整體失穩(wěn)的可能，為增強(qiáng)B區(qū)基礎(chǔ)的整體性和穩(wěn)定性，獨(dú)立基礎(chǔ)之間設(shè)置基礎(chǔ)拉梁，并設(shè)置200mm厚的構(gòu)造底板，加深與A區(qū)相鄰的基礎(chǔ)的埋深，使基底應(yīng)力擴(kuò)散范圍內(nèi)無(wú)巖體臨空面。當(dāng)B區(qū)基礎(chǔ)底部巖石裂隙面的傾斜角度和傾斜方向朝向A區(qū)時(shí)，除采取上述措施外，應(yīng)對(duì)巖體進(jìn)行處理，采用擋土墻和預(yù)應(yīng)力錨桿的永久性支護(hù)方案，既可以保證巖體和上部結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，又可以保護(hù)巖體減少風(fēng)化侵蝕。

2.地下室的設(shè)計(jì)。坡地建筑均依山而建，建筑師根據(jù)地勢(shì)進(jìn)行樓層和功能布置，勢(shì)必造成依 山半地下室，即 4面 中至少有 1面沒(méi)有被巖土遮擋 （這里稱(chēng)有巖土遮擋的一面為迎坡面）。本工程 A區(qū)首層 、2層的東側(cè)和北側(cè) 沒(méi)有 被巖 土遮擋 ，而西側(cè)和南側(cè) 為山體 ，為迎坡面 ；同樣 ，B區(qū)首層 、2層 的東側(cè)和 北側(cè)沒(méi)有被巖土遮擋 ，而西側(cè)和南側(cè)為山體，為迎坡面。按照通常做法，在迎坡面設(shè)置鋼筋混凝土外墻作為擋土墻，但是這樣帶來(lái)兩個(gè)問(wèn)題：① 由于設(shè)置 的鋼筋混凝土外墻對(duì)于整個(gè)建筑不對(duì)稱(chēng)布置，加上外墻剛度極大，所以造成結(jié)構(gòu)剛心與質(zhì)心偏離較大，結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)嚴(yán)重；②由于鋼筋混凝土外墻 與巖 體直接接觸 ，巖體振動(dòng)直接 傳給結(jié)構(gòu) ，從而使結(jié)構(gòu)往嵌同層以上受到不確定的水平地震力，對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不利影響。基于以上分析 ，本工程采取護(hù)坡與結(jié)構(gòu)主體完全分離的設(shè)計(jì)方法，如圖1，避免了以上問(wèn)題的發(fā)生。

圖1 AB區(qū)之間巖體 高差處處理

3.控制層剛度比與扭轉(zhuǎn)。層剛度和層剛度比是兩個(gè)重要參數(shù)。目前計(jì)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(guī)范定義：層的抗側(cè)移剛度實(shí)際上就是使層剛心產(chǎn)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(guī)4. 4. 2條.10. 2. 6條.4. 4. 3條.5.3.7條對(duì)高層結(jié)構(gòu)的層剛比作了規(guī)定。

4.基礎(chǔ)埋置深度?；A(chǔ)埋置深度，應(yīng)按下列條件確定：（1）建筑物的用途，有無(wú)地下室、設(shè)備基礎(chǔ)和地下設(shè)施，基礎(chǔ)的型式和構(gòu)造；（2）作用在地基上的荷載大小和性質(zhì)；（3）工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件；（4）相鄰建筑物和基礎(chǔ)埋深；（5）地基土凍脹和融陷的影響。

5.結(jié)構(gòu)薄弱層的驗(yàn)算和控制

（1）控制意義及其規(guī)范。避免薄弱層的輕易出現(xiàn)，若不可避免要采取相應(yīng)措施予以加強(qiáng).高規(guī)的3.4.2、5.1.14條規(guī)定，抗震設(shè)計(jì)的高層建筑結(jié)構(gòu)，其樓層側(cè)向剛度小于其上一層的70%或小于其上相臨三層側(cè)向剛度平均值的80%，或某樓層豎向抗側(cè)力構(gòu)件不連續(xù)，其薄弱層對(duì)應(yīng)于地震作用標(biāo)準(zhǔn)值的地震剪力應(yīng)乘以1.15的增大系數(shù)。

規(guī)范規(guī)定：高規(guī)的4.4.3、5.1.14條規(guī)定，A級(jí)高度高層建筑的樓層層間抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的受剪承載力不宜小于其上一層受剪承載力的80%，不應(yīng)小于其上一層受剪承載力的65%；B級(jí)高度高層建筑的樓層層間抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的受剪承載力不應(yīng)小于其上一層受剪承載力的75%?？拐鹪O(shè)計(jì)的高層建筑結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)樓層層間抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的承載力小于其上一層的80%，其薄弱層對(duì)應(yīng)于地震作用標(biāo)準(zhǔn)值的地震剪力應(yīng)乘以1.15的增大系數(shù)。

（2）計(jì)算方法及程序?qū)崿F(xiàn).薄弱層方法之一：按層剛度比來(lái)判斷；薄弱層方法之二：按樓層承載力比來(lái)判斷；薄弱層方法之三：按樓層彈塑性層間位移角來(lái)判斷；

四、結(jié)語(yǔ)

坡地是自然地貌中最常見(jiàn)的一種類(lèi)型，坡地建筑的歷史幾乎與建筑史一樣長(zhǎng)久。古人一直將復(fù)雜多變的坡地形態(tài)，看作是建筑的有利條件。然而在建筑的過(guò)程中，只有嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)，認(rèn)真對(duì)待每一個(gè)環(huán)節(jié)、才能使得坡地建筑不斷得到完善與發(fā)展。

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