山地建筑結構設計問題探討

趙明，黃秀亮，林家民

（中機第一設計研究院有限公司，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進程加快，山地建筑的建設將會成為一個重要類型。因此，探討山地建筑設計有著十分重要的現實意義。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，尚有許多工程技術問題需要深入研究，因此，對于山地建筑的結構設計，應充分考慮其特殊性和復雜性，確保結構的安全性。針對工程技術人員在山地建筑結構設計中的一些疑慮，結合已有工程實踐，本文提出一些工程處理措施的建議，與同行探討，以期促進山地建筑結構設計的發展。

2 山地建筑的定義

山地建筑可分為吊腳結構、掉層結構等形式。吊腳結構指順著地形采用長短不同的柱子形成的結構體系。掉層結構是指同一結構單元內有2 個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置樓層的結構。如圖1 和圖2所示。

圖1 吊腳結構

圖2 掉層脫開式有拉梁

3 山地建筑地基基礎設計的探討

山地建筑結構不宜兼作支擋結構。當主體結構兼作支擋結構時，應考慮主體結構與巖土體的共同作用及其地震效應。有條件時，盡量將主體結構與支擋結構脫開，否則應考慮主體結構與巖土體的共同作用及其地震效應。如圖3 和圖4 所示。

圖3 主體結構與支擋 結構脫開

圖4 主體結構兼作 支擋結構

邊坡上的山地建筑結構基礎應嵌入臨空外傾滑動面以下。位于巖質邊坡時，尚宜在基礎與外傾滑動面以上巖體間設隔離層。地基承載力的安全系數，對土質邊坡應取2，對巖質邊坡應取3[1]。

山地建筑一般要進行邊坡支護結構設計。邊坡支護結構設計應滿足支護結構及其基礎的抗壓、抗彎、抗剪、局部抗壓承載力要求，還要進行支護結構的穩定性驗算。當采用錨桿支護邊坡工程時，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形式，擋土墻的設計可采用重力式擋土墻、衡重式擋土墻、扶壁式擋土墻等。邊坡支護設計應注意邊坡工程的排水。邊坡工程排水宜統一考慮坡面排水、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結合地形和天然水系進行布設，并做好進出水口的位置選擇。

4 山地建筑上部結構設計的探討

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

某小區位于安徽省六安市大別山山區中，抗震設防烈度7度（0.15g），現場場地復雜，整個小區南、東、西3 面有擋土墻，北部依山而建，整個地勢北高南低，地基土承載力變化較大，中風化片巖地基承載力特征值達到fak=3 000 kPa，粉質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。整個小區由多棟別墅和多棟多層組成，別墅類型有疊拼、合院、聯排。別墅戶型均為框架結構。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。結構設計采用擋土墻與別墅基礎脫開的方式，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計，整體指標和截面配筋都比較合適。在出入戶處設置現澆樓板，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。整個場地位于抗震不利地段，地震影響力系數按照規范規定，放大1.1 倍。

圖5 六安市某小區疊拼別墅剖面圖

在高聳孤立的山丘、強風化巖石的陡坡等不利地段建造丙類及丙類以上建筑時，應考慮不利地段對地震動參數的放大作用，其水平地震影響系數最大值應乘以1.1～1.6 增大系數[4]。此條為強制性條文，在模型輸入時，應考慮此增大系數，此系數跟斜坡高度、坡角、相對高度有關，可根據JGJ/T 472—2020《山地建筑結構設計標準》4.2.2 條條文說明采用。

高層建筑影響范圍內的掉層結構上接地層的豎向構件、邊坡支擋結構、吊腳結構吊腳部分的豎向構件結構重要性系數γ0宜不小于1.1。在PKPM 中建模時應考慮結構重要性系數，對結構構件配筋計算有影響。

當巖土勘察報告提供的場地類別為7 度、Ⅳ類場地，8 度、Ⅲ類建筑場地，此時不宜采用山地建筑結構形式，可將掉層或吊腳的上接地端下延，將山地結構變成常規結構。

山地建筑鋼筋混凝土房屋的最大適用高度對抗震設防烈度為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，設計時應注意此限值。當建筑高度超過15 m時，可以考慮改用框架結構，最大適用高度可提高到40 m。

吊腳結構首層樓蓋不應采用樓層錯層，開洞面積不應超過25%，有效樓板寬度不應小于該層樓板典型寬度的50%。此條在住宅別墅類設計時，上接地端有部分為室外露臺時，室內外樓板高差不應過大，避免產生錯層。

山地建筑的樓蓋應采用考慮樓板面內彈性變形的計算模型進行補充內力分析。在PKPM 建模時可以勾選“僅整體指標計算采用剛性樓板假定”實現。吊腳結構首層樓蓋、掉層結構上接地端樓蓋和上接地層樓蓋的框架梁應補充按偏拉（壓）構件設計，取包絡值。

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黏土上，需要進行沉降計算和變形監測。邊坡工程監測還包括錨桿拉力和預應力損失監測，支護結構的變形監測等。對地基基礎等級為乙級的建筑物，在主體結構需預留明顯標記，進行長期變形監測。沉降監測點應盡量分布在建筑的四角、大轉角處、基礎埋深相差懸殊處、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 結論

山地建筑應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，不應進行深填方和大開挖，最大限度地保存原有的地形地貌。結構設計中應注意吊腳結構首層樓蓋，掉層結構上接地端的加強，采用合理的建筑結構形式，綜合考慮地震、場地等因素，確保結構安全。