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摘要：随着经济的快速发展，土地愈加稀缺。而坡地是自然地貌中最常见的一种类型，合理利用地形是对地形资源的有效利用和提升，但进行结构设计时存在一定的难度。本文根据多年结构设计经验，对坡地建筑结构的设计进行探讨。
关键词：坡地建筑；结构设计
Discussion about structure design in hillside building/Shen Jian (China Merchants Shekou Industrial Zone Co.Ltd)
Abstract: With the rapid development of economy,Land became more and more scarce, and hillside land is a sort of common topography in practical project. Rational use of topography is very benefic to increase resource utilization rate,but it’s usually difficult for structure design. Base on years of design experience, the article discussed about structure design in hillside building.
Key words: hillside building, structure design
中图分类号： TU318 文献标识码： A 文章编号：
一、坡地的概念
坡地是种倾斜面的概念,具有一定倾斜度的自然或人工场地均属于坡地的范畴。“坡地”广义的概念是一种具有特殊场所感的建筑场地与环境,给人以独特的心理感受及其客观的可利用性,且其主要识别标志为地形地貌的起伏特征。既包括由不同复杂的生态及形态构成的综合性地貌(如高原、山地和丘陵中的“坡地”),又包括较小范围内地形地貌小尺度起伏变化的山坡用地(如盆地和平原中的“坡地”)。
坡地建筑,即建于地面不同地形坡度的建筑物。坡地建设用地常采用坡度为5%-25%的坡地,其建筑的接地条件表现出良好的适地性、节地性、通达性和安全性等人居环境的条件要素。坡地建筑因其独特的坡地环境和自然资源,塑造了独特的建筑个性。
一、工程概述
某工程为坡地建筑，依山而建，层次有致。部分采用人工挖孔灌注桩基础，地下室两层。
图1整体效果图
该项目总体分区如图2所示 其中ⅠⅢ区为普通客房区Ⅳ区为套房客房区、Ⅱ区为公共服务区Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ区主入口至其屋面建筑高度为35.45m。各区域采用结构形式及抗震等级见表1：
图2总体分区平面图
表1 各区域结构形式及抗震等级
二、工程地质
（一）场地地质情况
根据岩土工程勘察报告，在勘察深度范围内，自上而下各地质土层特性见表2。
（二）地下水
场区历史最高水位及近3～5年最高水位高程均不高于219m，因此建筑物无抗浮问题，同时不考虑地下水对建筑物混凝土及混凝土中钢筋的腐蚀性。
地质土层参数 表2
三、基础设计
本工程地基基础设计等级为乙级，根据提供的工程地质勘察报告等资料，本工程Ⅱ区采用天然地基，地基持力层为④强风化花岗片麻岩，地基承载力标准值ƒka对局部存在的③黏土层和③1含碎石黏土层采用级配砂石换填处理.对于ⅠⅢ区此部分建筑完成标高与实际地形标高相差较大，最大处达16.78m。采用人工挖孔扩底墩(桩)基础，桩端标准值qp=1000kPa。
本工程为坡地建筑，为确保结构的整体稳定和抗滑移能力，保证边坡的整体稳定性(尤其是罕遇地震时的稳定性)，在相关部位(Ⅰ区、Ⅲ区全部，Ⅱ区局部)挡土墙设置永久性锚杆(锚杆的设计使用年限不低于50年)，为减轻雨水渗透对填土稳定性的影响，在挡土墙外，设置截水盲沟，具体做法如图3所示。为避免超厚填土引起的过大沉降，设计采取了以下措施:①对回填土要求，采用天然级配的砂石分层回填压实，压实系数为0.95，地基承载力标准值不小于ƒka=120kPa。在桩周采用注浆以消除回填缺陷。②在地面层结构建筑防潮要求设置防潮板，可以减轻由于填土造成的不均匀沉降而引起的地面裂缝。
图3永久性锚杆设置示意图
四、结构计算分析
考虑到本工程的复杂性，Ⅱ区采用多层及高层建筑结构三维分析与设计软件SATWE以及MidasGen进行结构计算分析 以Midas计算结果为主，SATWE计算结果作为辅助，按两种软件的计算结果进行包络设计。
(一)采用Midas计算时，挡土墙及各斜向抗震墙按实际情况输入模型，用于结构主要设计指标(周期位、移位、移比等)的控制以及构件配筋计算。Midas墙体模拟时，目前的结构计算软件一般仅能模拟非斜向抗震墙，对于本工程中斜向抗震墙，采用厚板模型，以模拟结构的受力状态。Midas整体模型如图4所示。
(二)本工程采用SATWE进行补充计算，将倾斜的抗震墙简化为斜撑，用于結构构件配筋复核SATWE整体模型如图5所示采用两种软件进行整体计算时的主要计算结果如表3所示。
图4Midas整体计算模型
图5SATWE整体计算模型
整体计算主要结果 表3
Ⅰ、Ⅲ区主要采用多层及高层建筑结构三维分析与设计软件SATWE为主要计算程序，挡土墙按实际情况输入模型，土压力简化为节点荷载作用于楼层标高处。用于结构主要设计指标(周期、位移位移比等)的控制以及构件配筋计算。并且因两个区域为坡地上多层建筑，进行如下的补充计算:
(一)挡土墙简化为框架柱，按照整体模型进行构件的配筋计算。
(二)采用平面框架计算程序PK进行考虑实际情况下土压力的典型框架配筋计算，弯矩包络图如图6所示。
图6典型框架PK弯矩包络图
五、结构构造措施
（一）楼板
本工程平面及空间关系复杂，受斜柱斜墙的影响，楼面构件(梁板)承受拉力，因此(Ⅱ区)除进行楼板应力分析外，各层均采用双层双向正交布置的通长钢筋，局部采用通长钢筋与附加钢筋间隔布置的楼板配筋方式。采用此种方式不仅能提高结构的整体性能，同时，还可以提高楼板在地震作用下抵抗拉应力的能力。
（二）边框梁的设置
由于建筑专业的整体要求，某些区域的“石头”为双向成多向倾斜，如图7所示，并且石头转折处并非楼层位置。在转折及楼层标高位置设置边框梁，边框梁围合设置，以提高“石头”的整体抗震能力
（三）异形洞口
本工程建筑门洞形状不规则，在设置连梁的基础上，在不规则洞边附加设置洞边加强钢筋416，图8为某“石头”一墙面开异形洞口的加筋处理方式示意图。
图7石头示意 图8异形洞口加筋示意
图9Revit三维模型
六、结束语
协同建筑Revit三维模型(图9),采用了Midas和SATWE两个计算程序进行计算(均为空间结构计算模型)，为保证结构的安全性，采用包络设计方法。通过本项目对斜墙模拟有了初步的认识，为日后类似的斜墙构件的计算处理积累了一定的经验。对于空间关系复杂的结构形式采取相应的增强其整体抗震性能的一系列相应措施，例如: 楼板、边框梁等的设置，以应对日趋复杂的建筑方案对结构设计的要求。
关键词：坡地建筑；结构设计
Discussion about structure design in hillside building/Shen Jian (China Merchants Shekou Industrial Zone Co.Ltd)
Abstract: With the rapid development of economy,Land became more and more scarce, and hillside land is a sort of common topography in practical project. Rational use of topography is very benefic to increase resource utilization rate,but it’s usually difficult for structure design. Base on years of design experience, the article discussed about structure design in hillside building.
Key words: hillside building, structure design
中图分类号： TU318 文献标识码： A 文章编号：
一、坡地的概念
坡地是种倾斜面的概念,具有一定倾斜度的自然或人工场地均属于坡地的范畴。“坡地”广义的概念是一种具有特殊场所感的建筑场地与环境,给人以独特的心理感受及其客观的可利用性,且其主要识别标志为地形地貌的起伏特征。既包括由不同复杂的生态及形态构成的综合性地貌(如高原、山地和丘陵中的“坡地”),又包括较小范围内地形地貌小尺度起伏变化的山坡用地(如盆地和平原中的“坡地”)。
坡地建筑,即建于地面不同地形坡度的建筑物。坡地建设用地常采用坡度为5%-25%的坡地,其建筑的接地条件表现出良好的适地性、节地性、通达性和安全性等人居环境的条件要素。坡地建筑因其独特的坡地环境和自然资源,塑造了独特的建筑个性。
一、工程概述
某工程为坡地建筑，依山而建，层次有致。部分采用人工挖孔灌注桩基础，地下室两层。
图1整体效果图
该项目总体分区如图2所示 其中ⅠⅢ区为普通客房区Ⅳ区为套房客房区、Ⅱ区为公共服务区Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ区主入口至其屋面建筑高度为35.45m。各区域采用结构形式及抗震等级见表1：
图2总体分区平面图
表1 各区域结构形式及抗震等级
二、工程地质
（一）场地地质情况
根据岩土工程勘察报告，在勘察深度范围内，自上而下各地质土层特性见表2。
（二）地下水
场区历史最高水位及近3～5年最高水位高程均不高于219m，因此建筑物无抗浮问题，同时不考虑地下水对建筑物混凝土及混凝土中钢筋的腐蚀性。
地质土层参数 表2
三、基础设计
本工程地基基础设计等级为乙级，根据提供的工程地质勘察报告等资料，本工程Ⅱ区采用天然地基，地基持力层为④强风化花岗片麻岩，地基承载力标准值ƒka对局部存在的③黏土层和③1含碎石黏土层采用级配砂石换填处理.对于ⅠⅢ区此部分建筑完成标高与实际地形标高相差较大，最大处达16.78m。采用人工挖孔扩底墩(桩)基础，桩端标准值qp=1000kPa。
本工程为坡地建筑，为确保结构的整体稳定和抗滑移能力，保证边坡的整体稳定性(尤其是罕遇地震时的稳定性)，在相关部位(Ⅰ区、Ⅲ区全部，Ⅱ区局部)挡土墙设置永久性锚杆(锚杆的设计使用年限不低于50年)，为减轻雨水渗透对填土稳定性的影响，在挡土墙外，设置截水盲沟，具体做法如图3所示。为避免超厚填土引起的过大沉降，设计采取了以下措施:①对回填土要求，采用天然级配的砂石分层回填压实，压实系数为0.95，地基承载力标准值不小于ƒka=120kPa。在桩周采用注浆以消除回填缺陷。②在地面层结构建筑防潮要求设置防潮板，可以减轻由于填土造成的不均匀沉降而引起的地面裂缝。
图3永久性锚杆设置示意图
四、结构计算分析
考虑到本工程的复杂性，Ⅱ区采用多层及高层建筑结构三维分析与设计软件SATWE以及MidasGen进行结构计算分析 以Midas计算结果为主，SATWE计算结果作为辅助，按两种软件的计算结果进行包络设计。
(一)采用Midas计算时，挡土墙及各斜向抗震墙按实际情况输入模型，用于结构主要设计指标(周期位、移位、移比等)的控制以及构件配筋计算。Midas墙体模拟时，目前的结构计算软件一般仅能模拟非斜向抗震墙，对于本工程中斜向抗震墙，采用厚板模型，以模拟结构的受力状态。Midas整体模型如图4所示。
(二)本工程采用SATWE进行补充计算，将倾斜的抗震墙简化为斜撑，用于結构构件配筋复核SATWE整体模型如图5所示采用两种软件进行整体计算时的主要计算结果如表3所示。
图4Midas整体计算模型
图5SATWE整体计算模型
整体计算主要结果 表3
Ⅰ、Ⅲ区主要采用多层及高层建筑结构三维分析与设计软件SATWE为主要计算程序，挡土墙按实际情况输入模型，土压力简化为节点荷载作用于楼层标高处。用于结构主要设计指标(周期、位移位移比等)的控制以及构件配筋计算。并且因两个区域为坡地上多层建筑，进行如下的补充计算:
(一)挡土墙简化为框架柱，按照整体模型进行构件的配筋计算。
(二)采用平面框架计算程序PK进行考虑实际情况下土压力的典型框架配筋计算，弯矩包络图如图6所示。
图6典型框架PK弯矩包络图
五、结构构造措施
（一）楼板
本工程平面及空间关系复杂，受斜柱斜墙的影响，楼面构件(梁板)承受拉力，因此(Ⅱ区)除进行楼板应力分析外，各层均采用双层双向正交布置的通长钢筋，局部采用通长钢筋与附加钢筋间隔布置的楼板配筋方式。采用此种方式不仅能提高结构的整体性能，同时，还可以提高楼板在地震作用下抵抗拉应力的能力。
（二）边框梁的设置
由于建筑专业的整体要求，某些区域的“石头”为双向成多向倾斜，如图7所示，并且石头转折处并非楼层位置。在转折及楼层标高位置设置边框梁，边框梁围合设置，以提高“石头”的整体抗震能力
（三）异形洞口
本工程建筑门洞形状不规则，在设置连梁的基础上，在不规则洞边附加设置洞边加强钢筋416，图8为某“石头”一墙面开异形洞口的加筋处理方式示意图。
图7石头示意 图8异形洞口加筋示意
图9Revit三维模型
六、结束语
协同建筑Revit三维模型(图9),采用了Midas和SATWE两个计算程序进行计算(均为空间结构计算模型)，为保证结构的安全性，采用包络设计方法。通过本项目对斜墙模拟有了初步的认识，为日后类似的斜墙构件的计算处理积累了一定的经验。对于空间关系复杂的结构形式采取相应的增强其整体抗震性能的一系列相应措施，例如: 楼板、边框梁等的设置，以应对日趋复杂的建筑方案对结构设计的要求。