山地建筑結構設計實例精解：重慶武隆天尺坪景區

 隨著經濟的發展引起了巨大的土地資源問題，平地的資源開發越來越多，所剩的平面資源不能滿足人類生存和發展問題。因而向山地資源發展是人們不得不面對的問題。綠維文旅認為，加強山地開發、合理進行山地建設已經成為當下主要控制目標，而進行山地建筑結構設計將是拓展使用空間、節約土地資源的有效手段。重慶武隆天尺坪望仙崖景區項目是綠維文旅山地建筑的案例典范，貫穿從設計到建造的全環節!本文以該項目為例，對山地建筑結構設計要點進行精解。

山地建筑結構泛指底部豎向構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構形式。

按接地類型可分為吊腳結構、掉層結構等形式。按結構體系可分為山地框架結構、山地剪力墻結構、山地框架-剪力墻結構、山地筒體結構、山地砌體結構等。

建筑的結構設計直接關系著最終建筑質量，尤其是對于山地建筑來說，其對結構設計的要求更高。由于山地具有其特殊性，在山地進行建筑設計施工需從多方面考慮。

重慶武隆天尺坪望仙崖景區項目

一、工程概況

本項目位于重慶市武隆區，是以重慶市武隆縣白馬山的茶樹茶源文化、自然生態文化、民族民俗文化為核心;以改善當地基礎設施為基礎，以特色農業產業為支撐，以創建茶文化旅游目的地和度假休閑養生基地為目標，所建設的文化休閑旅游景區。

項目總建筑面積為45200m2，規劃建設有飛天小鎮、白馬仙街、野奢茶莊等建筑群。根據實地勘察顯示，項目地塊地形變化豐富，明顯呈現出中間高四周低的山頂區域地形地貌特征，北側為陡崖?？v觀基地整體地形，高程最低點位于基地南部和西部，高程值小于950m，最高點位于基地中央，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吳家坪組(P3w)灰巖，強風化基巖厚度0.90～2.40m，厚度變化較大，均勻性較較差;中等風化基巖厚度大且連續穩定，地層傾角7°，基巖面起伏較小。承載力較高，均勻性較好。

根據重慶市高新工程勘察設計院有限公司提供的《重慶市武隆縣武隆白馬山天尺坪規劃片區地質災害危險性評估》，區域地質環境復雜程度定為復雜，評估級別為一級。區域內存在采空區誘發的巖溶塌陷、危巖、巖溶漏斗等不良地質現象，規劃區均屬巖溶區，總的來說區內不良地質現象發育。建筑群盡量避開地災區及采空區的區域。

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

二、設計要點分析

結構選型：

山地建筑是山地景觀的一部分，一方面強化了山地自然景觀，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。

鑒于項目所在區域為山區建筑，本著結構形式既要從地質、建筑結構等方面確定，更要注意對區域內自然生態的保護來確定。盡量減少和緩解山體地表的運動勢能，盡量保護山體地表的附著力。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開發破壞。

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

根據地質勘查報告顯示，場區地表由厚度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;下層為強風化灰巖層，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穩定的中等風化基巖層，地層傾角7°，基巖面起伏較小, 建筑層數不高，功能簡單，荷載不大。結構形式采用鋼筋混凝土框架結構和鋼筋混凝土異形柱框架結構，基礎采用人工挖孔樁基礎及人工挖孔嵌巖墩基礎，相鄰樁基礎之間及與墩基礎之間的埋置深度滿足巖石的剛性角要求。

環境擋墻宜與建筑的基礎分開設置。當結構主體兼做支擋結構時，應考慮基礎與上部結構的變形協調，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、適當降低坡高、減緩坡角等措施。

基礎設計：

根據《建筑地基基礎設計規范》要求，置于完整、較完整、較破碎巖體上的建筑物可僅進行地基承載力計算;當基巖面起伏較大，且都使用巖石地基時，同一建筑物可以使用多種基礎形式。地勘顯示場地持力層為基巖層，屬于中風化灰巖，埋置深度有深有淺，根據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。成孔簡單，施工質量高，造價相對較低。

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

結構計算：

結構計算采用中國建筑科學院PKPM2010年V3.2版進行計算分析，對于柱底標高不一致，確定一層層高問題，需要慎重確定，一定保證柱子長細比，不能出現結構柱變形過大的情況。需要采用不等高基礎建模計算。

(1)方法一：

1、將錯層柱設在建模第二層，定義與基礎相連的最大樓層號為2，按有一層地下室生成SATWE幾何數據;

2、進入查看幾何數據文件STRU.SAT窗口，修改2層與基礎相連的節點標高，將層高改為高差;

3、再次數據檢查(僅在執行“數據檢查”前打鉤);

(2)方法二：

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

但如果按方法一建模，然后進入SATWE修改構件長度系數窗口，將PM2錯層柱x,y方向的計算長度放大等方法建模，此時改后對結構整體剛度無影響，僅是被調整的柱配筋加大，計算結果失真。對于這種結構，剛心會向短柱方向移動，通常會產生平面偏心，地震作用下會加大扭轉效應，經過建模分析，我們可以看出，對于柱底不等高嵌固的結構，宜采取措施將錯層柱嵌固點與地下室頂板取平，此時地震作用下扭轉效應小，對抗震有力。同時若采用將錯層柱建在第一標準層，然后進入幾何數據文件中，將錯層柱礎的節點標高有0改為2.7，計算出來的結果也失真!可采用二者計算結果的配筋包絡進行構件配筋，以達到建模與實際情況相符，更準確表達結構的實際情形。

坡屋頂采用上節點高確定屋脊高度，以滿足計算模型與實際情況的切合度。

關鍵部位特殊對待

山地建筑結構的框架柱在各接地部位均為抗震性能控制的關鍵部位，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行了適當加密，并對各接地層柱均要求全長加密。

將山地建筑結構關鍵部位原三、四級通長縱筋不少于2根直徑12的設計規定提高到和一、二級一樣，即不少于2根直徑14;梁腰筋按轉換梁要求，增加了間距和最小直徑要求。適當加強樓蓋結構的板厚和配筋構造要求，有利于將水平力傳入地基，并能夠提高結構的整體抗扭能力。

多層山地建筑結構考慮房屋高度確定時已偏嚴控制，所以多層山地建筑結構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構通過對接地部位樓層提高一級抗震等級，以適當提高薄弱部位的抗震性能。特一級時，可采取兩個不同力學模型的軟件進行對比分析，并采取對關鍵構件進行性能化設計等措施，以保證結構性能。

總結

(1)山地建筑均依山而建，建筑師根據地勢進行樓層和功能布置，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)山地建筑進行結構設計首先要避開地災區，選址很重要;對于柱底標高相差較大的情況，需要進行層高調整，增加地梁，包絡計算配筋，以免計算失真情況出現，精確分析計算結果的準確性;基礎形式的選擇，既要滿足承載力要求，還要滿足變形及抗滑的要求，不同于平地建筑結構的設計，盡量采用對原地形破壞小的基礎形式，不增加山地地形的勢能。

(3)山地建筑基礎設計前應對場地穩定性進行評估，對不穩定的場地應采取措施保證坡體以上巖體和建筑物的穩定;雖然場地無滑坡和泥石流危險，由于基坑開挖對巖層的連續性和整體性可能被破壞，仍有整體失穩的可能，仍應采取必要的措施，加強上部建筑和巖體的整體性和穩定性。

(4)山地建筑由于建筑功能原因確實不能分縫設計時，除出現高低腳的多個嵌固層，應從概念上把握結構的整體安全性，并應對程序的計算結果進行必要的校核。

(5)按普通地下室設計依山地下室會導致結構剛心和質心嚴重偏離，造成結構扭轉嚴重，同時會使地震力直接傳遞房屋中部，應采取“營造平地環境”的做法，使結構與坡地巖體分離。

(6)復雜坡地建筑結構采用多個程序進行計算，對于驗證計算程序和模型的準確性和可靠性是必要的。

來源：旅建網

本文作者：李淑珍 國家一級注冊結構工程師

原標題：【智庫】山地建筑結構設計實例精解——重慶武隆天尺坪景區

本文關鍵字： 查看更多