关于坡地建筑基础埋置深度和抗扭措施的讨论

周义强

摘要：因场地的局限性，建筑须建造在坡地上，而坡地往往高差很大，全面平整场地会造成一侧挡土墙过高，挖填土方量大，既不经济，也很危险，对建筑竖向排布和周围街道的布置均会造成很大的难度。建筑专业往往采用顺坡势的方式进行方案布置，简单明确，有视觉冲击感，但如此设计会增加结构专业的设计难度，因为不仅每栋楼的基础不在同一个标高上，而且建筑物室外地面不在同一个标高上，因此在确定高层基础埋置深度增加了一定困难。此外，室外地面土对主楼的约束不在一个标高上，当地震发生时，对主楼产生很大的扭转，这个扭转造成的后果还不明确。如何正确分析基础的埋置深度，以及结构的受力和变形，增强结构的安全性能，需要每一个结构设计人员不断分析、创新、才能给出更好的解决方案。

关键词：坡地建筑；基础埋深；抗扭措施

1坡地建筑

1.1坡地建筑危害

有些建筑由于场地的限制或者经济造价的原因，建筑建造在斜坡上，见图一.剖地建筑示意。

这种情况应注意以下两点危害：

1）坡地建筑一般不具备双向均匀对称的条件，在地震作用或风荷载等水平荷载作用下，建筑物将产生很大的扭转，属于抗震不规则结构[1]。由于坡地的特殊性，除建筑物本身的不均匀造成的扭转外，场地对建筑物本身的不均匀约束是造成建筑物扭转的主要原因，而针对这种情况我们的计算软件往往很难模拟场地的实际情况，从计算文件看是满足规范的要求，但当实际地震发生时，产生的破外力要大于我们设计的抗力，造成建筑物先天性抗扭能力不足。

2）室外地面前后高差较大的情况，对计算埋深的起点不明确，埋置深度不准确。前底后高是坡地建筑普遍成在的问题，按后坡确定埋深，显然埋深是偏小的；按前坡确定埋深，是满足规范要求的，但会造成地下室多设一层或基础加厚的做法，经济造价增加很多。

1.2坡地建筑抗扭措施

应重视坡地地质灾害的防治和建筑物对地质灾害的诱发作用，避免在坡地上建造建筑物。在抗震设防区域，尤其是高烈度区，应采取有效措施之后，建筑物才能建造在坡地上。处理措施可以通过场地的局部平整，使建筑物坐落在四周同一标高的室外地面上，房屋临近坡地的一侧，设置永久性支挡结构，营造减小坡地建筑的扭转的小环境，见图二.坡地建筑的结构处理措施

当无法营造局部平地环境时，应采取切实有效对结构措施，适当增加剪力墙以提高结构的自身的抗扭能力，并减少结构的扭转位移量值。同时还应加强对结构扭转位移的验算，严格控制结构的扭转位移比在规范允许的范围内。对结构进行扭转位移比验算，由于没有考虑场地土对结构的约束的影响，因而计算值是不全面的，属于对结构抗扭效应的大致估算。因此，最大限度地提高结构的抗扭能力，减少扭转位移的量值，从而加大结构的抗扭刚度，相对弱化地面约束的不均匀对结构扭转的影响。由于室外地下部分的埋置深度不明确，必须综合考虑基础埋深以既满足结构安全又经济适用，见图三.坡地多层建筑抗扭措施。

2工程实例

京北生态万国城城一期工程位于河北省张家口市怀来县，基地现状北向缓坡。该项目规划为地上共15栋高层住宅楼，地下整体为汽车库及设备用房。高层住宅楼为剪力墙结构，筏板基础；地下车库为框架结构，独立基础加防水板。该地块南高北低，高差4.5米。为了减少大量的开挖与土方的回填，减少建筑地下室层数，建筑采用顺着坡地台阶式进行布局。对结构设计来说，高层建筑四周地面高度不平整，有一定高差，对建筑抗扭是不利的，对确定基础埋深增加了一定难度。此外，高层建筑周围开设下沉式庭院，对确定基础的埋置深度增加了难度：如果基础埋置深度深了，会造成土方的大量开挖，因而地下室混凝土和钢筋的用量增加，不利于整个建筑的造价控制；而如果基础埋置深度浅了，会满足不了上部结构的抗倾覆稳定性和变形要求。如何减少结构的抗扭数值，准确确定基础的埋置深度，前期结构配合建筑做方案设计有至关重要的作用。见图四.工程实例平面图，图五.工程实例剖面图

3基础埋置深度规范理解

3.1基础埋置深度规范的规定

在《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2010中规定基础应有一定的埋置深度[2]。在确定基础埋置深度时，应综合考虑建筑物的高度、体型、地基土质和抗震设防烈度等因素。基础埋置深度可从室外地坪算至基础底面，并符合下列规定：

1）天然地基或复合地基，可取房屋高度的1/15；

2）桩基础，不计桩长，可取房屋高度的1/18。

3.2基础埋置深度对地震作用的影响

地震作用时结构的动力效应与基础的埋置深度有关，软弱土层更为明显，设防烈度高，场地条件差时，宜采用较大埋置深度。基础埋深一般取基础底面至室外地面的距离，当基础采用下反的局部加厚板或承台时，基础埋深算至基础底面，即不考虑局部加厚的影响。当主楼下基础底板或承台板整体加厚时，基础埋深可算至加厚的基础板底面。在《建筑地基基础设计规范》GB50007-2011中规定[3]。高层建筑基础的埋置深度应满足地基承载力、变形和稳定性要求。位于岩石地基上的高层建筑，其基础埋深应满足抗滑稳性性要求。控制基础埋深的根本目的是满足上部结构的抗倾覆稳定性和地基稳定及变形要求。

1）建筑基础具有一定的埋深后，地下室前后墙体的被动土压力和侧墙的摩擦力对基础的摆动有一定的限制作用，同时可使基础底面的压力趋于平缓；

2）建筑基础有一定的埋深对抗震有利，可以减少上部结构的地震反应；

3）对多高层建筑，设置地下室可以降低地基的附加应力从而减少地基的沉降量。

4坡地高层建筑基础埋深确定

建筑四周为填土的情况，在计算基础承载力时对埋置深度的确定的规定：对于地下室，采用箱型基础或筏基时，基础埋置深度自室外地面标高算起。高层建筑常常有局部下沉广场，基础埋深的计算深度不能从最高点室外地面算至基础底面，也不能从下沉广场的地面算至基础底面。应综合考虑基础的埋置深度为d=(h1*L1+h2*L2+h3*L3+h4*L4)/(L1+L2+L3+L4)，见图六.基础埋深计算示意图。

建筑四周为车库，车库常常采用框架结构，车库顶部分为填土，在计算和确定基础的埋置深度的时候，规范对这种情况没有明确确定。我们在计算时，应考虑车库框架相关范围。高层建筑混凝土结构技术规程条文说明3.9.5条中“相关范围”一般指主楼周边外延1~2跨的地下室范围；条文3.9.6条中对裙房的“相关范围”一般指主楼周边外延不少于三跨的裙房结构，所以主楼周边为地下车库，相关范围内地下车库对主楼有贡献作用。我们在确定基础埋置深度的时候不应该简单的从地下车库地面开始计算，不考虑相关范围车库的贡献，造成实际埋深太大，往往会增加一层地下室，对该工程造价控制极其不利，也不应简单的从室外地面（或地下室顶板）算至基础地面，造成实际埋深不够，满足不了抗滑稳性要求，造成结构安全性达不到规范要求。因此，应综合考虑车库柱、梁、板对主楼的抗侧力的约束作用。基础埋置深度采取等效的埋置深度d=d1+d2,d1=γ框架*h1/γm（γm为基础底面以上土的加权平均重度，位于地下水位以下的土取有效重度；h1为车库顶板到基础底的高度；γ框架为车库相关范围内柱、墙、梁、板平均容重,d2为车库顶板到室外地面覆土的深度）。

结语

坡地建筑首先要营造一个有利于结构扭转的小环境，采用增加剪力墙的技术措施来增大结构的抗扭刚度，减少结构的扭转位移量值。正确分析坡地建筑四周的情况，综合确定基础的埋置深度，既能满足建筑功能要求又能做到结构安全可靠，经济可控。

参考文献

[1]朱炳寅.建筑结构设计问答及分析(第二版)，P93.中国建筑工业出版,2013

[2]高层建筑混凝土结构技术规程.JGJ3-2010P139.中国建筑工业出版,2010

[3]建筑地基基础设计规范.GB50007-2011P18.中国建筑工业出版,2011