山地建筑结构设计问题探讨

赵明，黄秀亮，林家民

（中机第一设计研究院有限公司，合肥 230601）

1 引言

我国是世界上山地面积最大的国家。随着我国的城市化建设进程加快，山地建筑的建设将会成为一个重要类型。因此，探讨山地建筑设计有着十分重要的现实意义。山地建筑由于场地的特殊性，需要考虑的问题与平地建筑有所不同。目前，尚有许多工程技术问题需要深入研究，因此，对于山地建筑的结构设计，应充分考虑其特殊性和复杂性，确保结构的安全性。针对工程技术人员在山地建筑结构设计中的一些疑虑，结合已有工程实践，本文提出一些工程处理措施的建议，与同行探讨，以期促进山地建筑结构设计的发展。

2 山地建筑的定义

山地建筑可分为吊脚结构、掉层结构等形式。吊脚结构指顺着地形采用长短不同的柱子形成的结构体系。掉层结构是指同一结构单元内有2 个及以上存在高差的嵌固端，且上接地端以下利用高差按层高设置楼层的结构。如图1 和图2所示。

图1 吊脚结构

图2 掉层脱开式有拉梁

3 山地建筑地基基础设计的探讨

山地建筑结构不宜兼作支挡结构。当主体结构兼作支挡结构时，应考虑主体结构与岩土体的共同作用及其地震效应。有条件时，尽量将主体结构与支挡结构脱开，否则应考虑主体结构与岩土体的共同作用及其地震效应。如图3 和图4 所示。

图3 主体结构与支挡 结构脱开

图4 主体结构兼作 支挡结构

边坡上的山地建筑结构基础应嵌入临空外倾滑动面以下。位于岩质边坡时，尚宜在基础与外倾滑动面以上岩体间设隔离层。地基承载力的安全系数，对土质边坡应取2，对岩质边坡应取3[1]。

山地建筑一般要进行边坡支护结构设计。边坡支护结构设计应满足支护结构及其基础的抗压、抗弯、抗剪、局部抗压承载力要求，还要进行支护结构的稳定性验算。当采用锚杆支护边坡工程时，要满足锚杆锚固体的抗拔承载力和锚杆杆体的抗拉承载力要求[2]。挡土墙也是一种边坡支护形式，挡土墙的设计可采用重力式挡土墙、衡重式挡土墙、扶壁式挡土墙等。边坡支护设计应注意边坡工程的排水。边坡工程排水宜统一考虑坡面排水、地下排水和减少坡面雨水下渗措施，形成相辅相成的排水、防渗体系。建筑边坡坡面排水应结合地形和天然水系进行布设，并做好进出水口的位置选择。

4 山地建筑上部结构设计的探讨

吊脚结构的吊脚部分层间受剪承载力不宜小于其上层相应部位竖向构件的受剪承载力之和的1.1 倍[3]；对于框架结构体系，当此条较难满足要求时，可在吊脚部分和掉层部分添加剪力墙，对于整体指标的满足也起到很好的作用。

某小区位于安徽省六安市大别山山区中，抗震设防烈度7度（0.15g），现场场地复杂，整个小区南、东、西3 面有挡土墙，北部依山而建，整个地势北高南低，地基土承载力变化较大，中风化片岩地基承载力特征值达到fak=3 000 kPa，粉质黏土层地基承载力特征值fak=160 kPa，局部通过换填的方式解决沉降差。整个小区由多栋别墅和多栋多层组成，别墅类型有叠拼、合院、联排。别墅户型均为框架结构。其中叠拼户型共5层，上部3 层位于挡土墙顶面上部，下部2 层与挡土墙等高，如图5 所示。结构设计采用挡土墙与别墅基础脱开的方式，将挡土墙向外退，这种方案在框架底部形成跃层柱，通过采用合理的截面设计，整体指标和截面配筋都比较合适。在出入户处设置现浇楼板，一端连在挡土墙上，一端连在框架梁上，解决挡土墙与出入户口处间隙的问题。整个场地位于抗震不利地段，地震影响力系数按照规范规定，放大1.1 倍。

图5 六安市某小区叠拼别墅剖面图

在高耸孤立的山丘、强风化岩石的陡坡等不利地段建造丙类及丙类以上建筑时，应考虑不利地段对地震动参数的放大作用，其水平地震影响系数最大值应乘以1.1～1.6 增大系数[4]。此条为强制性条文，在模型输入时，应考虑此增大系数，此系数跟斜坡高度、坡角、相对高度有关，可根据JGJ/T 472—2020《山地建筑结构设计标准》4.2.2 条条文说明采用。

高层建筑影响范围内的掉层结构上接地层的竖向构件、边坡支挡结构、吊脚结构吊脚部分的竖向构件结构重要性系数γ0宜不小于1.1。在PKPM 中建模时应考虑结构重要性系数，对结构构件配筋计算有影响。

当岩土勘察报告提供的场地类别为7 度、Ⅳ类场地，8 度、Ⅲ类建筑场地，此时不宜采用山地建筑结构形式，可将掉层或吊脚的上接地端下延，将山地结构变成常规结构。

山地建筑钢筋混凝土房屋的最大适用高度对抗震设防烈度为7 度，地震加速度为0.15g，多层的异形柱框架，最大适用高度只有15 m，设计时应注意此限值。当建筑高度超过15 m时，可以考虑改用框架结构，最大适用高度可提高到40 m。

吊脚结构首层楼盖不应采用楼层错层，开洞面积不应超过25%，有效楼板宽度不应小于该层楼板典型宽度的50%。此条在住宅别墅类设计时，上接地端有部分为室外露台时，室内外楼板高差不应过大，避免产生错层。

山地建筑的楼盖应采用考虑楼板面内弹性变形的计算模型进行补充内力分析。在PKPM 建模时可以勾选“仅整体指标计算采用刚性楼板假定”实现。吊脚结构首层楼盖、掉层结构上接地端楼盖和上接地层楼盖的框架梁应补充按偏拉（压）构件设计，取包络值。

山地建筑一般地基承载力变化较大，一部分位于岩石，另一部分可能位于粉质黏土上，需要进行沉降计算和变形监测。边坡工程监测还包括锚杆拉力和预应力损失监测，支护结构的变形监测等。对地基基础等级为乙级的建筑物，在主体结构需预留明显标记，进行长期变形监测。沉降监测点应尽量分布在建筑的四角、大转角处、基础埋深相差悬殊处、人工地基与天然地基接壤处及填挖方分界处等反映地基变形特征的地方。

5 结论

山地建筑应综合考虑山地地形和建筑功能等因素，充分利用地形、地貌，依山就势，不应进行深填方和大开挖，最大限度地保存原有的地形地貌。结构设计中应注意吊脚结构首层楼盖，掉层结构上接地端的加强，采用合理的建筑结构形式，综合考虑地震、场地等因素，确保结构安全。