坡地建筑场地及结构设计方法探究
日期: 2019/10/8 浏览: 1 来源: 学海网收集整理 作者: 中煤科工集团重庆设计研究院有限公司 邬险峰
【摘要】：坡地建筑在设计中考虑的因素较多，既要考虑安全经济又要兼顾美观适用，需要建筑的竖向设计与主体结构设计及挡墙设计紧密结合。本文针对坡地建筑结构接地形式做了一些思考和探索，并结合具体工程实例介绍坡地建筑结构设计的方法和技巧。
关键词：坡地建筑 架空 分阶退台 挡土墙
1、坡地建筑结构设计原则和接地方式
坡地建筑设计的基本理念是充分利用自然与坡地资源、服从坡地自然形态，创造丰富的建筑空间，使建筑成为自然的有机组成部分，达到人、建筑、自然的和谐统一。在结构的细部处理上也应遵循顺应地形、少填少挖的原则，以最优的接地方式实现建筑功能和结构合理的有机结合。目前常见的坡地建筑接地方式可分为三大类：覆土式、地表式和架空式，如下图所示。
图1覆土式 图2地表式 图3架空式
2、坡地建筑场地处理及结构设计
在坡地建筑的结构设计中考虑的因素较多，每个环节都直接影响整个工程设计效果。主要表现在如下几个方面：1）场地的稳定性判断。坡地建筑多存在于山区或丘陵地带，各类滑坡情况均有可能，首先要判断场地的整体稳定性，对于土质坡地可能会出现沿岩土分界面或新旧土分界面滑坡问题，对岩质坡地可能会出现沿岩层层面滑移问题。应遵循先治理后建设原则。2）结构基础形式的选择。对于坡地建筑优先以选择端承型桩基础形式，可以大大减小建筑和边坡间相互不利影响。 3）建筑接地方式的选择。在常规设计中地表式和架空式应用较多，地表式在能充分利用建筑空间，但其施工难度及工程成本要高于架空式，建筑架空方式能最大限度地顺应地形，减少挡土墙和土石方量，在能满足建筑功能需要的情况下是较理想的接地方式。4）挡土墙的处理。坡地类场地挡墙无法避免，但可以通过放坡、分阶、退台等方式来消化高差，减小挡墙高度和数量，同时，挡墙形式又分为独立挡墙和建筑地下室挡墙，挡墙高度不大且建筑临土侧无采光要求情况下，通常以建筑地下室外墙兼做挡墙，如果结构主体抗侧刚度不足，水平土压力过大时，应做与主体分离的独立挡土墙。5）主体结构计算与设计。坡地建筑处于抗震不利地段，抗震计算中水平地震影响系数应增大。对于架空式坡地建筑，由于结构底部竖向构件在不同标高接地，为保证结构的整体稳定和嵌固端的有效性，按竖向构件的平均高度作为底层层高，并按等效线刚度对竖向构件截面进行计算。
3、工程实例分析
本工程为四川山区的某一住宅小区设计，包括高层住宅、花园洋房、商业配套及地下车库等。场地属河谷地貌，东西向宽约200米，高差约50米，两端均须与相邻市政道路衔接。建筑场地东西向竖向关系如图4所示。
图4 坡地建筑场地东西向典型断面图
场地本无稳定性问题，只因现场南北向局部存在的V形凹凼须回填平整，导致南北向坡地局部坡段存在新填土沿新旧土分界面整体滑移的可能性，图4为最不利处理的典型断面，设计要求在回填前将地表草皮及软弱表土全部清除，并分阶开挖成开台阶状，增大新旧土间咬合力。同时要求建筑荷载不作用于坡体，经过理论计算和定性分析，处理后的填方边坡处稳定状态。结构基础形式选择嵌岩桩，将上部竖向荷载直接传至下部基岩，有效避免建筑荷载作用于边坡上，穿越填方区的桩适增大桩径和配筋，能作为阻滑的第二道防线，保证建筑场地的稳定。
场地东西向50米高差通过逐级退台和分阶放坡方式进行消化，不仅提高了场地安全性，也避免了采用高挡墙支挡, 大大节省了工程成本。边坡地段建筑主要以架空接地方式，建筑与边坡间在受力方面互不影响；缓坡地段建筑以地表方式分级接地，建筑外墙兼做挡墙分级支挡，各级挡墙高度不大，互不影响，对建筑施加的不平衡土压力作用较小。
本工程大底盘分缝后分为二个结构单元，每个结构单元作为一个计算单元，以左侧A单元为例，其计算模型可简化如图5所示，该计算单元中竖向构件嵌固点不在一同标高，位于斜坡面上架空的结构部分，可将其嵌固端标高可取坡面的中间点，即H=（Hmin+Hmax）/2。分级退台支挡的结构应考虑不平衡土压力作用影响，在模型中将水平土压力转换为集中力F1及F2施加到竖向构件节点上参与整体计算。同时，为了保证多嵌固端水平地震力的有效传递，在施工图设计中各层楼板相应部位做加厚及加强配筋处理。
图5 A单元计算简图
4、结语
对于坡地建筑结构设计需遵循的几点原则和体会：1）场地稳定性判断应贯穿整个场地方案设计全过程，场地设计顺应地形，斜坡地段少挖少填，避免形成人造滑坡、人造高填方或高切坡，有高差处尽量多放坡少支挡，放坡条件不够时应采取分级退台消化高差。2）主体结构宜优架空接地方式，并结合端承型桩基础进行设计，以避免建筑与边坡间相互不利影响。3）建筑设计应与边坡挡墙设计紧密结合，建筑布置方案直接影响边坡或挡墙的布置方式，边坡和挡墙支挡方案又制约了建筑功能布局，二者相互制约和影响，要在从安全、经济及适用等多方面找到平衡点。4）架空接地的建筑应根据实际确定嵌固端位置及其有效性。分阶退台的地表式接地结构应计入不平衡土压力的不利作用。5）本文仅针对坡地建筑结构设计提出可借鉴的方法和经验，对其理论基础还需进一步研究，尤其是坡地建筑结构在地震作用下的抗震性能、破坏特征及破坏机理还需要通过大量的试验去研究和探索。
参考文献
[1] 山地建筑设计[M]. 中国建筑工业出版，2007年
[2] 山地建筑结构基本概念和性能[M]. 科学出版社，2016年
[3] 建筑边坡工程技术规范(GB50330-2013). 中国建筑工业出版社，2013年
