山地建筑結構設計探討

黃 波

（成都華宇建筑設計有限公司貴州分公司，貴州 貴陽 550000）

隨著社會經濟的快速發展，土地資源緊缺問題越來越嚴重，平地資源開發量比較大，已經很難滿足人們生存發展實際需要。我國山地面積較大，在土地資源開發中，要求增加山地資源開發力度。在山地建筑工程結構設計中，應注意與山地自然環境相適應，同時由于其地質條件復雜，應采取針對性的設計措施確保邊坡和結構的安全。因此，亟需對山地建筑結構設計要點進行分析。

1 山地建筑結構接地的主要形式

山地建筑工程接地形式指的是建筑工程與山地地表之間的關系。山地建筑常見接地形式有掉層式、吊腳式、附崖式，如圖1 所示。（1） 掉層結構接地形式，是指在同一結構單元內有兩個及以上不在同一平面的嵌固端，且上接地端以下利用坡地高差按層高設置樓層的結構體系的布置方式。掉層結構分為脫開式和連接式兩種，脫開式指的是邊坡與主體結構脫開，對于邊坡可單獨設置支護結構；連接式指的是邊坡與結構不脫開，結構外墻可作為邊坡擋土墻。（2） 吊腳結構接地形式，是指順著坡地采用長短不同的豎向構件形成的具有不等高約束的結構體系的布置方式，分為架空式和半架空式兩種。（3） 附崖式，是指貼附于陡峭巖壁上的一種建筑豎向布置方式。

圖1 山地建筑常見接地形式

2 山地建筑結構設計注意事項

山地建筑結構的設計，應重點關注結構布置、邊坡穩定性、地震作用及風荷載作用計算參數調整、構件內力調整及特殊構件分析等問題。在山地建筑工程結構設計時，要做好以下常見問題的把控：（1） 結構布置應盡量規則并減小扭轉影響；（2） 應提請勘察單位分析論證邊坡在自然狀態及動力狀態下的穩定性；（3） 地震作用及風荷載作用計算參數調整。要依據巖土勘察報告，進行地震動參數的調整，包括場地類別、地震動參數的放大等；風壓高度變化系數應考慮地形條件的修正。 （4） 構件內力調整及特殊構件分析。應注意對掉層和吊腳部分的框架柱地震剪力進行適當放大；接地層上一層框架梁應按偏拉構件設計；吊腳結構接地層、掉層結構上接地端樓蓋（有拉梁時） 以及上接地層上層樓蓋（無拉梁時） 宜考慮樓板的彈性變形，同時應按山地結構高度起算點進行結構重力二階效應計算。

3 工程概況

本文以某辦公樓作為研究對象，該建筑工程總建筑面積4486.2m2，建筑總高度26.9m。該建筑工程的基礎結構形式為獨立基礎，結構接地形式采用掉層框架結構，一層開敞地下室，北面與主體結構連接的地下室外墻兼做擋土墻，其余兩面為與主體脫開的邊坡支護。

根據項目初勘報告，該項目持力層為極破碎的軟巖，巖體基本質量等級為V 級。

4 山地建筑結構設計

4.1 抗震設計

掉層結構，由于先天存在不規則且扭轉效應明顯，結構布置應盡量規則并盡量減小扭轉的不利影響，同時結構計算模型應盡量與實際相吻合，應注意以下幾點：（1） 合理布置抗側力構件，盡量減少掉層部分的層數和跨數。本工程控制上接地部分剛度在本層剛度的占比不小于85%，掉層數為1 層，所吊跨數為2 跨，以便對結構的受力特性更好的把控，同時盡量減小扭轉效應帶來的不利影響。（2） 合理確定建筑結構高度界定中的起算點。掉層結構計算房屋高度時，當大多數豎向受力構件都嵌固于上接地端時（上接地部分結構抗側剛度不小于本層結構總剛度的80%），在邊坡穩定及變形得到有效控制的前提下，結構受力特性將主要取決于上接地端以上部分，結構高度可從上接地端起算。（2） 計算時應注意計算模型與實際相符。本項目地下室外墻兼做擋墻且與主體結構相連，因此，應按照實際情況將地下室外墻輸入模型與主體結構一起計算，同時對擋墻本身用單向板或雙向板受力模式復核配筋。（3） 應注意內力調整和特殊構件分析。對于掉層或吊腳結構，一方面考慮到其掉層或吊腳部分的框架柱為結構關鍵構件，抗震設計時宜加強，另一方面，由于該部位柱剛度相對較小，從而分擔的地震剪力也較小，從多道防線角度出發，宜對其該部位框架柱計算的地震剪力放大1.1 倍。

接吊腳結構接地層、掉層結構上接地端樓蓋（有拉梁時） 以及上接地層上層樓蓋（無拉梁時） 由于受力復雜，宜考慮樓板的彈性變形，結構分析結果表明，上接地柱在地震作用下自身的扭轉較為明顯，因此在結構整體分析時，宜考慮其影響。

4.2 邊坡支護方案選擇

山地建筑工程常見邊坡支護方案有放坡、噴錨支護、重力式擋土墻以及鋼筋混凝土擋土墻，具體如下：（1） 放坡：放坡支護方案的開挖成本比較低，在建筑工程施工中的應用也比較廣泛。（2） 噴錨支護：噴錨支護的施工成本也比較低，其是一種由鋼筋網、錨桿、混凝土、土體所組成的支護體系。（3） 重力式擋土墻：重力式擋土墻的類型有很多種，包括衡重式、直立式、仰斜式等等，其中，衡重式主要被應用于高差較大的位置，直立式受力最為經濟合理，仰斜式占地面積較小但承載力要求較高。（4） 鋼筋混凝土擋土墻，要求與主體結構一起計算，需要考慮土推力對結構主體的影響。

在本工程邊坡支護方案選擇方面，根據勘察單位勘察結果及意見對上述幾種邊坡支護方案進行分析，對于該工程除北面以外的場地高差，可采用放坡或噴錨支護方案，對于北面邊坡，高度較小（5m） 不存在滑坡且結構沿北面尺寸較大，為防水處理方便，采用與主體結構相連的鋼筋混凝土地下室外墻兼做擋土墻，設計時已考慮其對主體結構的影響。

4.3 基礎和基礎深埋選型

本工程采用獨立基礎，同時設置拉梁與各獨立基礎相連，基礎埋深除按地勘建議標高外埋置于穩定持力層下1.0m。掉層結構由于天生豎向不規則，受扭轉影響較大，為加強結構的整體性，宜設置拉梁與基礎相連，同時結算結果標明，設置拉梁后可有效減小柱子剪力分配的不均勻性，因此本項目基礎間均設置基礎拉梁。同時為考慮山地建筑結構不等高接地特點，基礎埋深宜適當加大。

5 結語

綜上所述，本文介紹了山地建筑結構接地形式及設計注意事項，并結合工程實例，對山地建筑工程結構設計要點進行了敘述。在山地建筑結構設計時，需要綜合考慮場地地質條件、建筑工程項目建設方案等因素，選擇合理的接地形式和結構體系，進行合理的結構布置，以減小山地結構由于先天性的豎向不規則對結構帶來的不利影響。同時由于山地結構周邊復雜的地形條件，應結合勘察單位意見選擇合理的支護方案，盡量避免支護形式與主體結構相連，如必須利用主體結構或地下室側墻兼做支護結構，則邊坡坡度不能太高，同時主體結構應能適應相應的巖土側壓力作用。