浅析坡地高层建筑结构设计的要点

王维涛

摘 要：本文主要介绍坡地高层建筑结构设计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

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。

一、工程概况

某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35000m2。按建筑功能划分为A区和B区，A区地下1层，地上9层；B区地上10层。工程依山而建，A区3层、4层和屋面分別与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。

二、结构方案的选取

高层建筑结构方案的选取经常因为建筑的使用功能、建筑平面布置等要求而确定.高层建筑结构体系主要有框架剪力墙.剪力墙，框架——筒体或筒中筒结构体系这些结构体系小但能承受竖向荷载.而且具有良好的抗侧力刚度.能有效地抵抗结构水平作用力。

三、应注意的问题

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，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。

2.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1 AB区之间岩体 高差处处理

3.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二种方法：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.在新高规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。

4.基础埋置深度。基础埋置深度，应按下列条件确定：（1）建筑物的用途，有无地下室、设备基础和地下设施，基础的型式和构造；（2）作用在地基上的荷载大小和性质；（3）工程地质和水文地质条件；（4）相邻建筑物和基础埋深；（5）地基土冻胀和融陷的影响。

5.结构薄弱层的验算和控制

（1）控制意义及其规范。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.高规的3.4.2、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，A级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。

（2）计算方法及程序实现.薄弱层方法之一：按层刚度比来判断；薄弱层方法之二：按楼层承载力比来判断；薄弱层方法之三：按楼层弹塑性层间位移角来判断；

四、结语

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.