隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展引起了巨大的土地資源問題，平地的資源開發(fā)越來越多，所剩的平面資源不能滿足人類生存和發(fā)展問題。因而向山地資源發(fā)展是人們不得不面對的問題。綠維文旅認(rèn)為，加強(qiáng)山地開發(fā)、合理進(jìn)行山地建設(shè)已經(jīng)成為當(dāng)下主要控制目標(biāo)，而進(jìn)行山地建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計將是拓展使用空間、節(jié)約土地資源的有效手段。重慶武隆天尺坪望仙崖景區(qū)項目是綠維文旅山地建筑的案例典范，貫穿從設(shè)計到建造的全環(huán)節(jié)!本文以該項目為例，對山地建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計要點(diǎn)進(jìn)行精解。

山地建筑結(jié)構(gòu)泛指底部豎向構(gòu)件約束部位不在同一水平面上且不能簡化為同一水平面的結(jié)構(gòu)形式。

按接地類型可分為吊腳結(jié)構(gòu)、掉層結(jié)構(gòu)等形式。按結(jié)構(gòu)體系可分為山地框架結(jié)構(gòu)、山地剪力墻結(jié)構(gòu)、山地框架-剪力墻結(jié)構(gòu)、山地筒體結(jié)構(gòu)、山地砌體結(jié)構(gòu)等。

建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計直接關(guān)系著最終建筑質(zhì)量，尤其是對于山地建筑來說，其對結(jié)構(gòu)設(shè)計的要求更高。由于山地具有其特殊性，在山地進(jìn)行建筑設(shè)計施工需從多方面考慮。

重慶武隆天尺坪望仙崖景區(qū)項目

一、工程概況

本項目位于重慶市武隆區(qū)，是以重慶市武隆縣白馬山的茶樹茶源文化、自然生態(tài)文化、民族民俗文化為核心;以改善當(dāng)?shù)鼗A(chǔ)設(shè)施為基礎(chǔ)，以特色農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)為支撐，以創(chuàng)建茶文化旅游目的地和度假休閑養(yǎng)生基地為目標(biāo)，所建設(shè)的文化休閑旅游景區(qū)。

項目總建筑面積為45200m2，規(guī)劃建設(shè)有飛天小鎮(zhèn)、白馬仙街、野奢茶莊等建筑群。根據(jù)實地勘察顯示，項目地塊地形變化豐富，明顯呈現(xiàn)出中間高四周低的山頂區(qū)域地形地貌特征，北側(cè)為陡崖?？v觀基地整體地形，高程最低點(diǎn)位于基地南部和西部，高程值小于950m，最高點(diǎn)位于基地中央，高程值大于1350m，地形最大高差超過400米。

項目自然條件：

場區(qū)由紅粘土土層覆蓋，厚度0.80～16.10m，呈硬塑～可塑狀，分布不均;下伏基巖為二疊系上統(tǒng)吳家坪組(P3w)灰?guī)r，強(qiáng)風(fēng)化基巖厚度0.90～2.40m，厚度變化較大，均勻性較較差;中等風(fēng)化基巖厚度大且連續(xù)穩(wěn)定，地層傾角7°，基巖面起伏較小。承載力較高，均勻性較好。

根據(jù)重慶市高新工程勘察設(shè)計院有限公司提供的《重慶市武隆縣武隆白馬山天尺坪規(guī)劃片區(qū)地質(zhì)災(zāi)害危險性評估》，區(qū)域地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜程度定為復(fù)雜，評估級別為一級。區(qū)域內(nèi)存在采空區(qū)誘發(fā)的巖溶塌陷、危巖、巖溶漏斗等不良地質(zhì)現(xiàn)象，規(guī)劃區(qū)均屬巖溶區(qū)，總的來說區(qū)內(nèi)不良地質(zhì)現(xiàn)象發(fā)育。建筑群盡量避開地災(zāi)區(qū)及采空區(qū)的區(qū)域。

該場地抗震設(shè)防烈度為六度，基本地震加速度值0.05g，設(shè)計地震分組為第一組，場地類別為二類，特征周期為0.35s。建筑抗震設(shè)防類別標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防類。 場地基本風(fēng)壓為0.4KN/m2? (50年重現(xiàn)期),場地地面粗糙度為B類。

二、設(shè)計要點(diǎn)分析

結(jié)構(gòu)選型：

山地建筑是山地景觀的一部分，一方面強(qiáng)化了山地自然景觀，另一方面形成了人們在山地駐足，本身成為了最佳的觀景點(diǎn)。

鑒于項目所在區(qū)域為山區(qū)建筑，本著結(jié)構(gòu)形式既要從地質(zhì)、建筑結(jié)構(gòu)等方面確定，更要注意對區(qū)域內(nèi)自然生態(tài)的保護(hù)來確定。盡量減少和緩解山體地表的運(yùn)動勢能，盡量保護(hù)山體地表的附著力。影響山體附著力的因素除了降水、寒暑變化外，就是人工對山體的不當(dāng)開發(fā)破壞。

為了減少人工開發(fā)對自然環(huán)境的破壞，保持山體的穩(wěn)定，根據(jù)巖層埋置的深淺，基礎(chǔ)采用人工挖孔樁和嵌巖墩基礎(chǔ)。一層采用架空形式，以保留原地形盡量少的不被破壞。

根據(jù)地質(zhì)勘查報告顯示，場區(qū)地表由厚度16米左右的紅粘土土層覆蓋，呈硬塑～可塑狀，并且分布不均勻;下層為強(qiáng)風(fēng)化灰?guī)r層，巖層厚度0.90～2.40m，厚度變化大，不均勻;往下為厚度大且連續(xù)穩(wěn)定的中等風(fēng)化基巖層，地層傾角7°，基巖面起伏較小, 建筑層數(shù)不高，功能簡單，荷載不大。結(jié)構(gòu)形式采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土異形柱框架結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)采用人工挖孔樁基礎(chǔ)及人工挖孔嵌巖墩基礎(chǔ)，相鄰樁基礎(chǔ)之間及與墩基礎(chǔ)之間的埋置深度滿足巖石的剛性角要求。

環(huán)境擋墻宜與建筑的基礎(chǔ)分開設(shè)置。當(dāng)結(jié)構(gòu)主體兼做支擋結(jié)構(gòu)時，應(yīng)考慮基礎(chǔ)與上部結(jié)構(gòu)的變形協(xié)調(diào)，在斜面或坡頂上建造的高層和重要的建筑物宜采用樁基礎(chǔ)、適當(dāng)降低坡高、減緩坡角等措施。

基礎(chǔ)設(shè)計：

根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》要求，置于完整、較完整、較破碎巖體上的建筑物可僅進(jìn)行地基承載力計算;當(dāng)基巖面起伏較大，且都使用巖石地基時，同一建筑物可以使用多種基礎(chǔ)形式。地勘顯示場地持力層為基巖層，屬于中風(fēng)化灰?guī)r，埋置深度有深有淺，根據(jù)地勘要求及對場地的分析，基巖埋置較深的采用人工挖孔樁，樁應(yīng)滿足入巖深度不小于一倍樁徑;基巖埋置較淺或者裸露的基巖層，采用嵌巖墩基礎(chǔ)。成孔簡單，施工質(zhì)量高，造價相對較低。

人工挖孔樁一定注意做好安全措施：做好樁護(hù)壁;樁護(hù)壁混凝土采用和樁砼等強(qiáng)度的混凝土強(qiáng)度等級，鋼筋采用HRB400鋼筋，相鄰兩節(jié)護(hù)壁之間采用鋼筋相連;第一節(jié)深約一米，澆注混凝土護(hù)筒，往下施工時以每節(jié)作為一個施工循環(huán)(即挖好每節(jié)后澆注混凝土護(hù)壁)。施工應(yīng)該保證相鄰基礎(chǔ)間的剛性角滿足規(guī)范要求的45度，以避免發(fā)生山體滑移。

結(jié)構(gòu)計算：

結(jié)構(gòu)計算采用中國建筑科學(xué)院PKPM2010年V3.2版進(jìn)行計算分析，對于柱底標(biāo)高不一致，確定一層層高問題，需要慎重確定，一定保證柱子長細(xì)比，不能出現(xiàn)結(jié)構(gòu)柱變形過大的情況。需要采用不等高基礎(chǔ)建模計算。

(1)方法一：

1、將錯層柱設(shè)在建模第二層，定義與基礎(chǔ)相連的最大樓層號為2，按有一層地下室生成SATWE幾何數(shù)據(jù);

2、進(jìn)入查看幾何數(shù)據(jù)文件STRU.SAT窗口，修改2層與基礎(chǔ)相連的節(jié)點(diǎn)標(biāo)高，將層高改為高差;

3、再次數(shù)據(jù)檢查(僅在執(zhí)行“數(shù)據(jù)檢查”前打鉤);

(2)方法二：

PMCAD建筑建模輸入在錯層柱底標(biāo)高處增加一個標(biāo)準(zhǔn)層，分兩層輸入地下室，將錯層柱設(shè)計在建模二層，定義與基礎(chǔ)相連的最大樓層號為2，定義第一標(biāo)準(zhǔn)層的層高為2700，第二標(biāo)準(zhǔn)層的層高1200，定義第一標(biāo)準(zhǔn)層的板厚為0，按有一層地下室，直接生成幾何數(shù)據(jù)。

但如果按方法一建模，然后進(jìn)入SATWE修改構(gòu)件長度系數(shù)窗口，將PM2錯層柱x,y方向的計算長度放大等方法建模，此時改后對結(jié)構(gòu)整體剛度無影響，僅是被調(diào)整的柱配筋加大，計算結(jié)果失真。對于這種結(jié)構(gòu)，剛心會向短柱方向移動，通常會產(chǎn)生平面偏心，地震作用下會加大扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，經(jīng)過建模分析，我們可以看出，對于柱底不等高嵌固的結(jié)構(gòu)，宜采取措施將錯層柱嵌固點(diǎn)與地下室頂板取平，此時地震作用下扭轉(zhuǎn)效應(yīng)小，對抗震有力。同時若采用將錯層柱建在第一標(biāo)準(zhǔn)層，然后進(jìn)入幾何數(shù)據(jù)文件中，將錯層柱礎(chǔ)的節(jié)點(diǎn)標(biāo)高有0改為2.7，計算出來的結(jié)果也失真!可采用二者計算結(jié)果的配筋包絡(luò)進(jìn)行構(gòu)件配筋，以達(dá)到建模與實際情況相符，更準(zhǔn)確表達(dá)結(jié)構(gòu)的實際情形。

坡屋頂采用上節(jié)點(diǎn)高確定屋脊高度，以滿足計算模型與實際情況的切合度。

關(guān)鍵部位特殊對待

山地建筑結(jié)構(gòu)的框架柱在各接地部位均為抗震性能控制的關(guān)鍵部位，為保障其抗震性能，對上述部位三級抗震時箍筋最大間距進(jìn)行了適當(dāng)加密，并對各接地層柱均要求全長加密。

將山地建筑結(jié)構(gòu)關(guān)鍵部位原三、四級通長縱筋不少于2根直徑12的設(shè)計規(guī)定提高到和一、二級一樣，即不少于2根直徑14;梁腰筋按轉(zhuǎn)換梁要求，增加了間距和最小直徑要求。適當(dāng)加強(qiáng)樓蓋結(jié)構(gòu)的板厚和配筋構(gòu)造要求，有利于將水平力傳入地基，并能夠提高結(jié)構(gòu)的整體抗扭能力。

多層山地建筑結(jié)構(gòu)考慮房屋高度確定時已偏嚴(yán)控制，所以多層山地建筑結(jié)構(gòu)的抗震等級確定同普通鋼筋混凝土房屋;對于高層山地建筑結(jié)構(gòu)通過對接地部位樓層提高一級抗震等級，以適當(dāng)提高薄弱部位的抗震性能。特一級時，可采取兩個不同力學(xué)模型的軟件進(jìn)行對比分析，并采取對關(guān)鍵構(gòu)件進(jìn)行性能化設(shè)計等措施，以保證結(jié)構(gòu)性能。

總結(jié)

(1)山地建筑均依山而建，建筑師根據(jù)地勢進(jìn)行樓層和功能布置，勢必造成依山半地下室，即4面中至少有1面沒有被巖土遮擋(這里稱有巖土遮擋的一面為迎坡面)

(2)山地建筑進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計首先要避開地災(zāi)區(qū)，選址很重要;對于柱底標(biāo)高相差較大的情況，需要進(jìn)行層高調(diào)整，增加地梁，包絡(luò)計算配筋，以免計算失真情況出現(xiàn)，精確分析計算結(jié)果的準(zhǔn)確性;基礎(chǔ)形式的選擇，既要滿足承載力要求，還要滿足變形及抗滑的要求，不同于平地建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計，盡量采用對原地形破壞小的基礎(chǔ)形式，不增加山地地形的勢能。

(3)山地建筑基礎(chǔ)設(shè)計前應(yīng)對場地穩(wěn)定性進(jìn)行評估，對不穩(wěn)定的場地應(yīng)采取措施保證坡體以上巖體和建筑物的穩(wěn)定;雖然場地?zé)o滑坡和泥石流危險，由于基坑開挖對巖層的連續(xù)性和整體性可能被破壞，仍有整體失穩(wěn)的可能，仍應(yīng)采取必要的措施，加強(qiáng)上部建筑和巖體的整體性和穩(wěn)定性。

(4)山地建筑由于建筑功能原因確實不能分縫設(shè)計時，除出現(xiàn)高低腳的多個嵌固層，應(yīng)從概念上把握結(jié)構(gòu)的整體安全性，并應(yīng)對程序的計算結(jié)果進(jìn)行必要的校核。

(5)按普通地下室設(shè)計依山地下室會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)剛心和質(zhì)心嚴(yán)重偏離，造成結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)嚴(yán)重，同時會使地震力直接傳遞房屋中部，應(yīng)采取“營造平地環(huán)境”的做法，使結(jié)構(gòu)與坡地巖體分離。

(6)復(fù)雜坡地建筑結(jié)構(gòu)采用多個程序進(jìn)行計算，對于驗證計算程序和模型的準(zhǔn)確性和可靠性是必要的。

來源：旅建網(wǎng)

本文作者：李淑珍 國家一級注冊結(jié)構(gòu)工程師

原標(biāo)題：【智庫】山地建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計實例精解——重慶武隆天尺坪景區(qū)

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