山地城市在結構設計上的一些建議

楊鳳梅

(四川攀枝花規劃建筑設計研究院有限公司，四川攀枝花617000)

攀枝花市是一個典型的山地城市，地處攀西大裂谷，整座城市沿金沙江兩岸布置，地質條件非常復雜，近幾年，隨著當地經濟的提升，城市基本建設快速發展，建筑用地的現場情況越來越復雜，很多是處于山谷地帶的高填方區，或是在坡體上平整的場地，一邊臨空，一邊是高邊坡的情況也很是常見。甚至剛填完才一年多，土體自重固結還未完成的場地也在使用。筆者在山地從事結構設計工作多年，結合工作中的一些實際情況，談談自己對山地城市中結構設計的一些建議。

1 設計方案定稿前的初勘

初勘很重要，總圖和建筑方案定稿前，建議業主方，把初勘做到位，對整個臺地標高的合理化劃分、單體的結構布置、地下室層數的確定、基礎型式的確定、高層、多層根據地質情況總圖合理布置(地質條件好的布置高層建筑)，擋墻和主體的自然結合都能起到很重要的作用，同時，對整個項目室外的土建造價在施工圖結束前就能得到優化。

委托地質勘察部門對建設場地進行詳細的地質勘察，尤其是對陡坡地段進行專門的邊坡整體穩定性評價，并且通過相關部門審查。如果邊坡整體失穩，那么其上部建筑無法通過建筑的構件來抵抗地質災害對結構體系的破壞，恰當評估邊坡的整體穩定性，直接關系到建筑的選址及建筑基礎設計的方案確定。而當前，此步驟經常被省略或推后，給建設方帶來經濟損失，甚至給后期工程帶來安全隱患。

《建筑抗震設計規范》GB50011-2010第4.1.8條規定，對山包、山梁、懸崖、陡坡、邊坡邊緣等不利地段上建筑時，應估計不利地段對設計地震動參數可能產生的放大作用，其水平地震影響系數最大值應乘以增大系數。其值應根據不利地段的具體情況確定，在1.1～1.6范圍內采用。(具體取值情況，參見條文解釋)建筑方案設計人員，可通過結構專業的建議，合理調整平面布置，避免到施工圖階段再進行受力構件的大調整。

某新區一個大型公共建筑，前期勘察工作不到位，一味強調單體和場地、環境的結合，在一個20m深的沖溝上，填土不到三年的平臺上布置階梯水景池，現場也沒做載荷試驗，從建好至今因水池開裂就沒成功灌滿水，全部從裂縫中流失，如果作地基基礎加固和水池加固處理，費用遠遠超出預算，其實這里根據場地情況作為該公共建筑的配套綠地是非常適合的，還節約投資。

先勘察、后設計，先確定合理的總圖布置，再細化單體設計，才是科學的流程，也是幾次大的自然災害后，國家住建部嚴格要求的，對地形地貌變化很大的山地建設，尤其重要，但是在實際工程中，由于業主趕工期或是不夠重視，往往省掉初勘。

2 重視山地建筑基礎的埋深

在地形起伏，持力層變化大的臺地確定基礎的埋深也是相當繁雜的工作，要結合鄰近工程的情況再綜合分析，其下幾點值得在工作中引起高度重視。

2.1 建筑物的基礎埋置深度，底層柱的計算高度

山地建筑的高度應該從最不利點，即最低坡體標高點起算，這樣，埋置(嵌固)深度也應隨之發生變化，這直接影響了建筑結構的總高度、計算位移和周期的變化。

位于穩定土坡坡頂上的建筑，基礎底面外邊緣線至坡頂的水平距離應滿足《建筑地基基礎設計規范》GB50007-2011第5.4.2條要求，當邊坡坡角大于45 °、坡高大于8m時，還應驗算坡體穩定性，基礎的穩定性可采用圓弧滑動面法進行驗算。因此來確定基礎距坡頂邊緣的距離和基礎埋深。

2.2 山地建設中樁基礎端部的深度確定

通過填土碾壓后，建設場地變得平整，地勘顯示原始地貌是一沖溝，持力層順地貌變化，高差很大，結構基礎型式為樁基，端承樁，成樁方式為人工挖孔，現場上最易出問題的地方是：分批挖樁，根據進度，完成一根樁的持力層驗槽工作，就下鋼筋籠，澆筑一根樁，防止長時間停放垮孔。這里容易忽視一個細節：設計上應將樁底實際到達持力層的標高統一復核。防止相鄰樁端高差過大，產生相鄰應力疊加。因此，地勘資料要詳細準確，局部復雜地段應增加鉆孔布置數量，高層建筑最好要做到一柱一鉆孔的數據資料，結構專業提前將樁端標高標注在圖中，現場出現誤差較大時，應及時會同相關專業進行現場復核。

3 概念設計的觀點應在結構計算中得到體現

對山地建筑結構的概念設計，即對結構整體抗震性能的總體把控。目前概念設計的指標是通過大量的工程實例，經過實際震害調查，針對建筑的結構綜合受力的性能、結合經濟性，在此基礎上提出來的。山地建筑除了遵循這些原則，還應注意其獨特性、合理性和可行性。以現有的概念設計為依據，根據山地實際建筑的不同情況和特點，適當加以修正，找出其更合理的方案、方法。

針對山地建筑的一些特殊部位，架空層、地下室、懸挑等薄弱部位，加以分析并作出相應的調整。如：吊腳部分剛度較小，該層容易形成薄弱層，故應加強該處柱的剛度設計，吊腳部分截面尺寸不宜過小，注意計算模型的建立及分析；掉層部分容易造成層剛度突變，掉層部分形成薄弱層，注意層剛度控制；地下室部分，分為一側、兩側、三側擋土，均不能視地下室的頂板作為嵌固部位。

通過結構計算后所得的位移扭轉、周期比、水平及豎向不規則等指標，注意控制界定結構抗震設防是否超限，并對計算模型作實時的調整，或及時與建設方及建筑專業協商，使該結構在抗震設防超限范圍以內，如超限仍不能避免，請告知建設方，并到相關部門，做好超限審查。

結構計算模型的底層假定在實際工作中，如圖1一樣地處斜坡上的單體非常普遍，結構計算模型在建立時，最大的問題就是底層層高(二層結構板標高至基礎頂面的計算高度)的確定，其過程中有兩個指標需要高度重視。

圖1 底層處于斜坡上的建筑

(1)底層各柱的線剛度EI/L(L—底層層高)，每根柱此參數的差距越小越好，目的是防止出現扭轉效應，可通過調整柱的截面長寬尺寸來到達目的，但要注意層剛比的變化。

(2)底層和二層之間的層剛比，控制該比值，防止出現薄弱層。

以上兩組參數(線剛度、層剛比)差異較大時，從概念設計的角度上看，無論后期如何進行精確的受力分析計算，整體結構的抗側力效果都會很差，降低以上參數的比值，在建筑調方案時結構應及早介入，當差值太大時，建議采用以下方式(圖2)最為有效。

圖2 建筑單體沿街正立面

通過臺階變化方式，單體建筑與臨街道路的高差得以調整，單體建筑背面斜坡的高差通過擋墻將凌空面支護，結構底層的計算高度得到統一，結構抗震體系得到大幅改進，比加大柱截面尺寸、多加鋼筋管用得多。這也是概念設計應得到重視的原因。

除概念設計外，抗震構造措施也是結構抗震的重要環節，對于具有特殊性的山地建筑來說，尤為重要。除了一般性建筑的抗震構造措施以外，對山地建筑的薄弱部分，更要加強構造措施。對與吊腳、掉層、架空等接地處標高不同的部位，把上部荷載合理傳至基礎的重要部位，且它們的最高接地處，類似于上部結構的轉換層，故此處極易形成薄弱層，框架柱也容易形成短柱，該處均應加強構造措施。

4 結束語

簡而言之，山地建筑與一般的建筑相比，有其諸多特殊性，它既對建筑有了更高的要求，同時也對結構有了更高的要求。結構設計人員只有在不斷實踐、總結，才能適應當前的山地建筑發展需求，使建筑能夠更完美的得以體現。同時，也希望有更適合山地建筑的相對具體、全面的理論研究成果。