云南省临沧市永德县建筑设计室
摘要:我们利用多层框架构造的坡地房屋设计来分析，结合其场地地层岩性和水文特征情况，采取“掉层”与“吊脚”的方式，对基础和主体结构设计方案及技术处理方法展开了论述，从而提出针对性的坡地建筑结构设计方案。
关键词: 坡地建筑，框架结构，基础设计，主体结构设计
前言
坡地建筑通常是位于高差较显著的地势上的建筑物。因坡地建筑一般是随着坡地地形呈阶梯状分布，使得其底部嵌固端在不同的平面，一般的接地处理措施有“吊脚”和“掉层”，结构上称之架空、退阶。“吊脚”的施工，能够防止因大范围开挖而引起的坡地变形，维持坡地的稳定性，减少经费支出。“掉层”的操作，能够将高边坡依次以阶梯状减退，从而形成一段段平坦的地面，施工起来便于操作，但也不可避免的要进行开挖。
在西南地带，山区坡地建筑逐渐演变成当地特色建筑。坡地建筑构造与一般结构设计有所差异，如果沿用一般的设计方法，可能会造成资源的浪费，也可能无法及时发现设计隐患。所以，这篇文章我们按照当前的设计要求，利用空间有限元软件模拟计算与结构方法等要素，对坡地建筑结构设计存在的问题进行分析，希望为其他相似工程提供必要的参考依据。
1工程概况
云南临沧某科研基地培训中心的坡地建筑，根据平面布局，选址在A，B，C三区，总占地面积有1.5万m2，地面标高一般在 1452.30 m ～ 1470.20 m，山坡坡脚保持在 15° ～ 30°的坡度，相对高差，从东南向西北距离有18m。A区在地面有5层高，B区在地上4层高，C区在地上3层高，每层高通常是3.9m。场地属于Ⅱ类，抗震设防烈度是8度，地震组别是第三组，抗震设防是丙类。施工平面图中长条形建筑，呈现出依山而建的形状，从坡脚向顶端顺延，通过剖面图能了解到主体结构的竖向构件连续不等高嵌固，且嵌固高度的差异较大。
2地层岩性和水文地质简况
该地区属于丘陵地形，地层分布特点，是由上及下的第四系全新统人工填土层( Qml ) 、耕土( Qpd )。坡积层岩性的土质，大多数黏土、亚黏土，也包含了一些棱角状粗岩屑；对于残积土来说，既有黏性土和砂土，其中还有棱角状碎石；但是近山洪基岩性通常是碎石、块石居多。场区内不存在不良地质因素，地质灾害较少，场地运行状态稳定，无断裂滑坡情况，适合该工程建设。
场地地下水一般是存在于上部土层的滞水和泥质粉砂岩中的基岩裂隙水。通常水位设防高程是1442.60米，结合泥质粉砂岩的风化情况考虑，将其细分成强风化泥质粉沙岩层和中风化泥质粉砂岩层。
3基础设计
坡地建筑构造的基础设计，要全面分析地形、场地的因素，要统一考虑地基、边坡及建筑物结构稳定性的要求。从以上地质环境能了解到，泥质粉砂岩层深度较浅，是最佳的持力层，所以A，B，C区基础设计，大多是以基础浅埋的形式存在，基础持力层多少风化程度较深的泥质粉砂岩成。基础埋深在1.5米。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆设计过程中要按照以下方法来确保坡体构造的整体稳定：
基底标高通常根据1:1的比例进行台阶式的依次后退，局部可通过扩大基础埋深的操作来进行，使得基底应力作用下不存在有岩体临空面，确保岩体的均衡稳定性；各楼层楼面都会建立相应的基础拉梁，并浇筑上120毫米的底板，从而保证主体的稳定性；局部岩土衔接处，一般利用人工挖孔墩式基础操作，从而改善地基的不均衡沉陷问题。
2）为缓解A、B、C三区的基岩临空面坡体的风化程度，并保证坡体的安全稳定性，对边坡采取专项支护设计，建立起相应的锚杆式挡土墙；坡顶挡土墙一般外侧建立起截水沟，并考虑地面的给排水设计。
把结构作为整体分析，在结构加载过程中，基础会出现不均匀沉降，因上部结构是一个超静定结构，基础的逐渐移动促使上部结构出现一定的附加弯矩，因附加弯矩的作用力使得结构出现的弯矩都要比按照一般设计结构的计算弯矩要大，附加弯矩在各层的梁中部提升很多。所以在各层连梁设计中提升了一定的附加弯矩，合理把握连梁刚度，增加连梁数量，在确保连梁整体刚度时进一步增强剪力墙整体系数，因运用的混凝土砌块是填充材料，在主体结构建设完成以后进行的维护结构施工，先不考虑填充墙对梁柱转角约束的作用，只分析墙体对结构产生的附加剪力，在一定程度上增强了结构安全性。
3）调查环境地质
①考察区域稳定性。完成好坡地周边区域的历史地震信息的收集工作，把握好新构造活动调查，对存在活运性断裂深入勘察分析。
②考察不良地质与灾害。要考察的内容包括泥石流、崩塌、滑坡等地貌因素。构造因素、底层岩性、规模类型、布局范围、发展方向、现状形态及形成时间等；考察人工边坡与斜坡的均衡性、变形破坏；考察不良重构分布领域、地裂缝、发展方向、现状形态、起因等。
③考察地质环境污染。对相关的地下水及其他资源的污染值完成好收集工作，对当地地质原生环境进行考察，对地下与地表水质因人类行为导致的污染情况，完成好污染物质成分、污染情况、污染源、分布区间、形成因素进行考察，对放射性污染类别进行深入考察。建筑构造设计一般有整体概念设计、构造措施。
4主体结构设计
4.1整体概念设计
整体概念设计，是对建筑结构抗震性的全面分析，一般利用对建筑结构的平面和竖向规则性、主体结构稳定性等要素来完成。
结合5.12汶川地震发生后，进行的灾后勘察调研，坡地建筑地震动放大效果显著，所以该项目水平地震影响系数要根据地形特点和岩土性质加以调整；A、B、C三区要满足与等高线平行的要求，在主体建筑设置必要的抗震缝，从而划分为三个层次的平面；竖向构件由于呈现的效果是一级一级退阶（因底部设备走线设置的架空层）最高不超过4层，所以结构设计一般利用的是多层框架构造；竖向上首层一般会利用“掉层”操作，确保局部范围平整，减小坡地对建筑物产生的不稳定影响，不仅能提升施工效率，也能确保结构稳定性；一般迎坡面的坡度要控制在30°以内，根据地势坡形的不同，相应的楼层中接地框架柱要满足隔一层退一阶的要求，逐渐在后排形成“吊脚”框架柱，不等高嵌固，对于统一规划布局下扭转效果显著，应力易集中，对于此在设计时要尤为重视；边坡支护的专项设计，一般情况下，既要维持岩质边坡的平稳，还要确保与结构主体保持一定的距离，避免出现楼面质心与刚心的不吻合，影响结构扭转作用力的发挥。
4.2构造措施
结合坡地建筑存在的特征，及对主体结构抗震性的勘测分析，充分了解其受力、变形等因素，相应的对易出现问题的部位进行改善调整。第一主体混凝土要满足强度等级在C30，纵向受力钢筋一般要运用三级螺纹高强钢筋；第二设计期间，对“掉层”、“吊脚”等接地框架柱截面作进一步处理，截面各边都要比上层框架柱截面多100mm，柱轴压比要控制在0.7，柱纵筋直径要超过18mm，柱箍筋顺着接地层全高间距在100mm； 楼梯柱( 短柱) 按角柱及抗震规范要求设计。
5结语
我们通过在长期实践中的经验总结，对坡地建筑的结构设计进行深入探究，以期为其他坡地建筑的结构设计提供必要的参考依据：
1）在建筑选址过程中，不予考虑失衡的边坡和陡坎，平面设计要与等高线平行；2）坡地建筑中的坡脚与坡顶在施工过程中，若是面临由边坡开挖导致的陡坎，一般情况下边坡支护要采取专项规划，边坡支护要独立进行；3）坡地建筑结构的基础设计要分析地形地势因素，并要符合地基稳固、边坡平衡及建筑物稳定的要求，还要避免地基基础出现沉陷的问题；4）坡地建筑特别要重视概念设计，因结构竖向刚度不均匀，扭转效应较强，设计时“吊脚”端的顶层柱、角柱要尤为重视，“吊脚”顶层柱接地端要利用地梁进行衔接；5）坡地建筑的抗震性要有较强的抗震构造来支持；6）坡地建筑要落实好地面防排水设计。
参考文献:
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［2］ 王丽萍，李英民，郑妮娜，等．5 ·12 汶川地震典型山地建筑结构房屋震害调查［J］.西安建筑科技大学学报( 自然科学版) ，2009( 41) : 823-825．
［3］ 王丽萍． 山地建筑结构设计地震动输入与侧向刚度控制方法［D］． 重庆: 重庆大学，2010: 59-85．
论文作者:杨文庄
论文发表刊物:《防护工程》2018年第27期
论文发表时间:2018/12/24
标签：坡地论文; 建筑论文; 结构论文; 弯矩论文; 基础论文; 主体论文; 结构设计论文; 《防护工程》2018年第27期论文;