山地建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題探討

趙明，黃秀亮，林家民

（中機(jī)第一設(shè)計(jì)研究院有限公司，合肥 230601）

1 引言

我國是世界上山地面積最大的國家。隨著我國的城市化建設(shè)進(jìn)程加快，山地建筑的建設(shè)將會(huì)成為一個(gè)重要類型。因此，探討山地建筑設(shè)計(jì)有著十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。山地建筑由于場地的特殊性，需要考慮的問題與平地建筑有所不同。目前，尚有許多工程技術(shù)問題需要深入研究，因此，對于山地建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，應(yīng)充分考慮其特殊性和復(fù)雜性，確保結(jié)構(gòu)的安全性。針對工程技術(shù)人員在山地建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的一些疑慮，結(jié)合已有工程實(shí)踐，本文提出一些工程處理措施的建議，與同行探討，以期促進(jìn)山地建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的發(fā)展。

2 山地建筑的定義

山地建筑可分為吊腳結(jié)構(gòu)、掉層結(jié)構(gòu)等形式。吊腳結(jié)構(gòu)指順著地形采用長短不同的柱子形成的結(jié)構(gòu)體系。掉層結(jié)構(gòu)是指同一結(jié)構(gòu)單元內(nèi)有2 個(gè)及以上存在高差的嵌固端，且上接地端以下利用高差按層高設(shè)置樓層的結(jié)構(gòu)。如圖1 和圖2所示。

圖1 吊腳結(jié)構(gòu)

圖2 掉層脫開式有拉梁

3 山地建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的探討

山地建筑結(jié)構(gòu)不宜兼作支擋結(jié)構(gòu)。當(dāng)主體結(jié)構(gòu)兼作支擋結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)考慮主體結(jié)構(gòu)與巖土體的共同作用及其地震效應(yīng)。有條件時(shí)，盡量將主體結(jié)構(gòu)與支擋結(jié)構(gòu)脫開，否則應(yīng)考慮主體結(jié)構(gòu)與巖土體的共同作用及其地震效應(yīng)。如圖3 和圖4 所示。

圖3 主體結(jié)構(gòu)與支擋 結(jié)構(gòu)脫開

圖4 主體結(jié)構(gòu)兼作 支擋結(jié)構(gòu)

邊坡上的山地建筑結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)應(yīng)嵌入臨空外傾滑動(dòng)面以下。位于巖質(zhì)邊坡時(shí)，尚宜在基礎(chǔ)與外傾滑動(dòng)面以上巖體間設(shè)隔離層。地基承載力的安全系數(shù)，對土質(zhì)邊坡應(yīng)取2，對巖質(zhì)邊坡應(yīng)取3[1]。

山地建筑一般要進(jìn)行邊坡支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。邊坡支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)滿足支護(hù)結(jié)構(gòu)及其基礎(chǔ)的抗壓、抗彎、抗剪、局部抗壓承載力要求，還要進(jìn)行支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性驗(yàn)算。當(dāng)采用錨桿支護(hù)邊坡工程時(shí)，要滿足錨桿錨固體的抗拔承載力和錨桿桿體的抗拉承載力要求[2]。擋土墻也是一種邊坡支護(hù)形式，擋土墻的設(shè)計(jì)可采用重力式擋土墻、衡重式擋土墻、扶壁式擋土墻等。邊坡支護(hù)設(shè)計(jì)應(yīng)注意邊坡工程的排水。邊坡工程排水宜統(tǒng)一考慮坡面排水、地下排水和減少坡面雨水下滲措施，形成相輔相成的排水、防滲體系。建筑邊坡坡面排水應(yīng)結(jié)合地形和天然水系進(jìn)行布設(shè)，并做好進(jìn)出水口的位置選擇。

4 山地建筑上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的探討

吊腳結(jié)構(gòu)的吊腳部分層間受剪承載力不宜小于其上層相應(yīng)部位豎向構(gòu)件的受剪承載力之和的1.1 倍[3]；對于框架結(jié)構(gòu)體系，當(dāng)此條較難滿足要求時(shí)，可在吊腳部分和掉層部分添加剪力墻，對于整體指標(biāo)的滿足也起到很好的作用。

某小區(qū)位于安徽省六安市大別山山區(qū)中，抗震設(shè)防烈度7度（0.15g），現(xiàn)場場地復(fù)雜，整個(gè)小區(qū)南、東、西3 面有擋土墻，北部依山而建，整個(gè)地勢北高南低，地基土承載力變化較大，中風(fēng)化片巖地基承載力特征值達(dá)到fak=3 000 kPa，粉質(zhì)黏土層地基承載力特征值fak=160 kPa，局部通過換填的方式解決沉降差。整個(gè)小區(qū)由多棟別墅和多棟多層組成，別墅類型有疊拼、合院、聯(lián)排。別墅戶型均為框架結(jié)構(gòu)。其中疊拼戶型共5層，上部3 層位于擋土墻頂面上部，下部2 層與擋土墻等高，如圖5 所示。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用擋土墻與別墅基礎(chǔ)脫開的方式，將擋土墻向外退，這種方案在框架底部形成躍層柱，通過采用合理的截面設(shè)計(jì)，整體指標(biāo)和截面配筋都比較合適。在出入戶處設(shè)置現(xiàn)澆樓板，一端連在擋土墻上，一端連在框架梁上，解決擋土墻與出入戶口處間隙的問題。整個(gè)場地位于抗震不利地段，地震影響力系數(shù)按照規(guī)范規(guī)定，放大1.1 倍。

圖5 六安市某小區(qū)疊拼別墅剖面圖

在高聳孤立的山丘、強(qiáng)風(fēng)化巖石的陡坡等不利地段建造丙類及丙類以上建筑時(shí)，應(yīng)考慮不利地段對地震動(dòng)參數(shù)的放大作用，其水平地震影響系數(shù)最大值應(yīng)乘以1.1～1.6 增大系數(shù)[4]。此條為強(qiáng)制性條文，在模型輸入時(shí)，應(yīng)考慮此增大系數(shù)，此系數(shù)跟斜坡高度、坡角、相對高度有關(guān)，可根據(jù)JGJ/T 472—2020《山地建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》4.2.2 條條文說明采用。

高層建筑影響范圍內(nèi)的掉層結(jié)構(gòu)上接地層的豎向構(gòu)件、邊坡支擋結(jié)構(gòu)、吊腳結(jié)構(gòu)吊腳部分的豎向構(gòu)件結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)γ0宜不小于1.1。在PKPM 中建模時(shí)應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)，對結(jié)構(gòu)構(gòu)件配筋計(jì)算有影響。

當(dāng)巖土勘察報(bào)告提供的場地類別為7 度、Ⅳ類場地，8 度、Ⅲ類建筑場地，此時(shí)不宜采用山地建筑結(jié)構(gòu)形式，可將掉層或吊腳的上接地端下延，將山地結(jié)構(gòu)變成常規(guī)結(jié)構(gòu)。

山地建筑鋼筋混凝土房屋的最大適用高度對抗震設(shè)防烈度為7 度，地震加速度為0.15g，多層的異形柱框架，最大適用高度只有15 m，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意此限值。當(dāng)建筑高度超過15 m時(shí)，可以考慮改用框架結(jié)構(gòu)，最大適用高度可提高到40 m。

吊腳結(jié)構(gòu)首層樓蓋不應(yīng)采用樓層錯(cuò)層，開洞面積不應(yīng)超過25%，有效樓板寬度不應(yīng)小于該層樓板典型寬度的50%。此條在住宅別墅類設(shè)計(jì)時(shí)，上接地端有部分為室外露臺(tái)時(shí)，室內(nèi)外樓板高差不應(yīng)過大，避免產(chǎn)生錯(cuò)層。

山地建筑的樓蓋應(yīng)采用考慮樓板面內(nèi)彈性變形的計(jì)算模型進(jìn)行補(bǔ)充內(nèi)力分析。在PKPM 建模時(shí)可以勾選“僅整體指標(biāo)計(jì)算采用剛性樓板假定”實(shí)現(xiàn)。吊腳結(jié)構(gòu)首層樓蓋、掉層結(jié)構(gòu)上接地端樓蓋和上接地層樓蓋的框架梁應(yīng)補(bǔ)充按偏拉（壓）構(gòu)件設(shè)計(jì)，取包絡(luò)值。

山地建筑一般地基承載力變化較大，一部分位于巖石，另一部分可能位于粉質(zhì)黏土上，需要進(jìn)行沉降計(jì)算和變形監(jiān)測。邊坡工程監(jiān)測還包括錨桿拉力和預(yù)應(yīng)力損失監(jiān)測，支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形監(jiān)測等。對地基基礎(chǔ)等級為乙級的建筑物，在主體結(jié)構(gòu)需預(yù)留明顯標(biāo)記，進(jìn)行長期變形監(jiān)測。沉降監(jiān)測點(diǎn)應(yīng)盡量分布在建筑的四角、大轉(zhuǎn)角處、基礎(chǔ)埋深相差懸殊處、人工地基與天然地基接壤處及填挖方分界處等反映地基變形特征的地方。

5 結(jié)論

山地建筑應(yīng)綜合考慮山地地形和建筑功能等因素，充分利用地形、地貌，依山就勢，不應(yīng)進(jìn)行深填方和大開挖，最大限度地保存原有的地形地貌。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)注意吊腳結(jié)構(gòu)首層樓蓋，掉層結(jié)構(gòu)上接地端的加強(qiáng)，采用合理的建筑結(jié)構(gòu)形式，綜合考慮地震、場地等因素，確保結(jié)構(gòu)安全。