坡地建筑结构设计问题及设计要点

（广东顺建规划设计研究院有限公司广州分公司，广东 广州 510335）

1 坡地建筑结构设计中的主要问题以及设计方法

1.1 设计建模问题及其设计方法

（1）通过YJK 结构设计软件建模，需遵循逐层设置支座的原则，实际操作环节较多、工作量较大，在层数较高的坡地建筑中缺乏可行性，即便在小型坡地建筑结构设计工作中也需要耗费大量时间。

（2）YJK 建模楼层组装过程中，与基础相连构件的最大底标高填写与基础相连的最大底标高，即对应的是开始掉层的柱顶，在此工作机制下软件会自动识别支座，操作相对便捷。

上述提到的两种建模方法均需在相应楼层根据土推力的支座反力输入等效水平推力，使软件自动计算各工况作用下的抗倾覆稳定性。虽然上述两种计算方法现阶段的坡地建筑结构设计中都得到广泛应用，但由于坡地建筑抗震资料不足以及设计人员坡地建筑项目经验不足，导致施工过程中出现失控的现象，建筑施工要素难以得到把控，过于呆板地依据经验开展设计工作，缺乏对实际情况的分析，所得方案与实际需求不匹配。此时，设计人员需要提高综合水平，广泛收集抗震设计相关资料，兼顾多方面因素系统性地做好结构设计工作，保证各项设计内容都满足要求。

1.2 基础设计问题及其设计方法

坡地建筑常用基础形式有筏板基础、复合地基基础和桩基础[1]。

筏板基础、复合地基基础是风化岩土层或基岩出露面较浅的坡地建筑常用的基础形式，关键在于尽量保证基底持力层一致，基底标高尽量处于同一水平面及不存在临空面。当地基基础附近有临空面时，应验算向临空面的倾覆和滑移稳定性。存在不稳定的临空面时，应将基础加埋深加大至下伏稳定岩体，并满足抗倾覆和抗滑移要求。同一基础的地基可以根据坡地地形或台地要求放阶处理，但应满足抗倾覆和抗滑移要求。因坡地多为地层起伏且基岩上部可压缩层厚度不均，筏板基础、复合地基基础较难控制建筑物的最大沉降量和整体倾斜量，此时宜设置200～300mm 的褥垫层作为调节上述不利因素的措施，或加大埋深，使同一基础处于相同稳定的地基持力层。筏板基础或复合地基基础能提高坡地建筑抗滑移安全系数，建议根据地质情况优先采用或与桩基础组合使用。

桩基础关键在于做平桩底，尽量保证桩底处于同一水平面标高及同一岩层，桩端应进入潜在滑动面以下稳定岩土层内，并对桩进行整体稳定性验算及水平承载力验算。坡地桩基础易形成露桩，即因坡地地形差异，部分桩出露基岩外，部分桩则埋于基岩内。基岩外的桩主要采取短柱桩的形式，难以获得侧向基岩的约束，为获得足够的基岩约束需增加柱桩的设计长度，因此会出现与实际模型不匹配的情况并增加施工难度。有研究表明，对于地震高发区而言，在坡地建筑结构设计工作中，露桩设计的方式会导致外露地面处的桩身缺乏稳定性，表现出受损、变形等问题，并作用于建筑整体。综上，需要注重桩基础设计要求，采取合适的措施以维持基岩外桩的稳定性，确保其与实际模型保持一致，且在条件允许的情况下尽可能避免短柱桩的形式。

1.3 坡地建筑结构设计缺乏针对性

常规设计方式在坡地建筑中存在可行性不足的情况，缺乏对各项特殊施工内容的针对性分析，仅停留在“虚模型”的层面。若采用常规设计方式无法提供准确的加强量度，同时坡地建筑结构的受力也将处于异常状态，影响到建筑整体的稳定性。

部分坡地建筑工程中，竖向构件均采取相同的标高控制标准，此时计算模型变得更加精简，但存在较明显的偏差，不符合实际要求。竖向构件采取相同的标高时，则要分别计算不等高嵌固后的模型，确定各高度所对应的竖向构件的具体设置方式，使其能够下落至一层掉层的底标高上，再分别展开计算与对比分析。此方法的优势在于便捷性较高，但缺乏可靠性，即在实际使用中存在诸多不适用之处。对此，坡地建筑结构设计时必须富有针对性，不可完全依赖常规方法展开设计工作，要以实际情况为立足点，兼顾地形、地质等因素对建筑结构所造成的影响，将其作为坡度建筑结构设计的重点考虑对象，采取正确的设计方法，提高结构设计方案的可行性。

1.4 坡地建筑结构设计抗滑移与抗倾覆的验算问题

坡地建筑常见一面为高填土区，一面为临空面，使建筑物承受较大的水平推力。设计阶段必须准确计算建筑物的抗滑移及抗倾覆稳定性，确保建筑物的安全，可在方案阶段根据地形坡度设置独立重力式挡土墙及阶梯型半地下室，形成“类卸荷平台”作用，可减少土推力对建筑物的影响。在设计过程中，除常规验算土推力对建筑物的整体稳定性的验算外，对于高层及超限高层建筑还需进行大震作用下的基底剪力与地震工况下的土推力的合力对建筑物整体稳定性的验算，风荷载工况作用下的基底剪力与土推力的合力对建筑物整体稳定性的验算。

2 工程实例

某3 层底商高层住宅楼建于坡地上，0.000 以上共设置16 层、0.000 以下共设置4 层，总高度64m，北面路面绝对标高36.50，南面路面绝对标高22.00，采取阶梯型半地下室建筑布置，北面为纯地下室及裙房，南面为塔楼，纯地下室底板面绝对标高23.70，塔楼底板面绝对标高20.20，高差3.5m。建筑采用框架-剪力墙的结构形式。基本期风压W0=0.50kN/m2，地面粗糙程度B 类，体形系数1.4，根据规范，风荷载承载力设计取基本风压的1.1 倍采用，抗震设防烈度7 度，基本地震加速度0.1g，设计地震分组第一组，建筑场地类别Ⅱ类，因裙房底层框架部分承受的地震倾覆力矩＜结构总地震倾覆力矩的10%，按剪力墙结构进行设计、综合考虑，框架及剪力墙抗震等级均为三级。

3 地基基础结构设计

3.1 基础设计图

本工程塔楼采用CFG 桩复合地基筏板基础，纯地下室部分（裙楼部分）采用钻孔灌注桩及筏板基础。复合地基设计褥垫层下方桩间土为粉质粘性土，fak=200kPa，CFG 桩桩径均为500mm，桩体采用C25 混凝土，有效桩长＞6m，桩端持力层为全风化粉砂岩，桩端进入持力层＞5.0m，单桩承载力特征值要求Ra≥550kN，复合地基承载力特征值fspk≥350kPa，筏板高差变化处需60°放坡形成刚性角。钻孔灌注桩桩径800mm，桩端持力层为中风化粉砂岩，单桩承载力Ra=3700kN，Rh=550kN，桩长约20h，需结合现场实际地质情况及超前钻情况确定入岩深度，桩端进入潜在滑动面以下稳定岩土层内。

3.2 掉层部分结构设计

（1）控制好各桩底标高，使其达到相齐平的状态。

（2）桩体浇筑过程中严格控制好桩顶标高，各桩结构采取相同的控制标准，再预留竖向构件插筋。

（3）加强对掉层竖向构件的抗震构造措施，通过板式结构实现与坡上基础的稳定连接，构成稳定性较好的整体结构。

（4）相应楼层根据土推力的支座反力输入等效水平推力。采取上述所提的方法完成处理工作后，仅通过常规方法即可建模并计算。

3.3 抗滑移与抗倾覆的验算

经模型计算，建筑物上部恒荷载标准值Gd=280626kN，活荷载标准值Gl=18173kN，塔楼筏板自重标准值G_FB=29625kN，纯地下室（裙房）底板自重标准值G_DB=16262kN，桩竖向承载力总标准值Nk=54990kN，桩水平承载力总标准值Nk_h=30800kN，大震作用下的基底剪力V_Ehk=39115kN，风荷载作用下基底剪力V_wk=3968kN，土压力合力（含水）Ea=39342kN，地震工况下的土压力合力（含水）Ea_S=52885kN。

塔楼筏板基础底板为250 厚级配砂石褥垫层，密实状态，内摩擦角35°,摩擦系数u=0.35。经模型计算及结果，风荷载作用下及大震作用下，建筑物抗倾覆稳定性均满足规范要求。根据《建筑边坡工程技术规范》（GB 50330-2013）抗滑移验算如下：

（1）风荷载作用下：Fr_W=98213kN，F_W=43310kN，Fs=2.26＞1.3，满足规范要求；

（2）大震作用下：Fr_S=98213kN，F_S=92000kN，Fs=1.06＜1.1，不满足规范要求。需增加考虑桩的水平承载力，Fr_S=98213+30800=129013kN，F_S=92000kN，Fs=1.40＞1.1，满足规范要求。

以上计算均未考虑筏板（底板、承台）侧面土的被动土压力对抗滑移计算的贡献，作为安全储备考虑。

4 结束语

土地资源有限，社会经济的发展导致土地资源紧缺的局面愈发明显。在此背景下坡地建筑成为重要突破口，其建设规模随之扩大，但地形、地质条件错综复杂，必须做好坡地建筑结构的设计工作，使建筑各部分维持稳定，构成完整的整体结构，保证建筑物的安全可靠。