山地城市在结构设计上的一些建议

时间：2024-07-28

杨凤梅

(四川攀枝花规划建筑设计研究院有限公司，四川攀枝花617000)

攀枝花市是一个典型的山地城市，地处攀西大裂谷，整座城市沿金沙江两岸布置，地质条件非常复杂，近几年，随着当地经济的提升，城市基本建设快速发展，建筑用地的现场情况越来越复杂，很多是处于山谷地带的高填方区，或是在坡体上平整的场地，一边临空，一边是高边坡的情况也很是常见。甚至刚填完才一年多，土体自重固结还未完成的场地也在使用。笔者在山地从事结构设计工作多年，结合工作中的一些实际情况，谈谈自己对山地城市中结构设计的一些建议。

1 设计方案定稿前的初勘

初勘很重要，总图和建筑方案定稿前，建议业主方，把初勘做到位，对整个台地标高的合理化划分、单体的结构布置、地下室层数的确定、基础型式的确定、高层、多层根据地质情况总图合理布置(地质条件好的布置高层建筑)，挡墙和主体的自然结合都能起到很重要的作用，同时，对整个项目室外的土建造价在施工图结束前就能得到优化。

委托地质勘察部门对建设场地进行详细的地质勘察，尤其是对陡坡地段进行专门的边坡整体稳定性评价，并且通过相关部门审查。如果边坡整体失稳，那么其上部建筑无法通过建筑的构件来抵抗地质灾害对结构体系的破坏，恰当评估边坡的整体稳定性，直接关系到建筑的选址及建筑基础设计的方案确定。而当前，此步骤经常被省略或推后，给建设方带来经济损失，甚至给后期工程带来安全隐患。

《建筑抗震设计规范》GB50011-2010第4.1.8条规定，对山包、山梁、悬崖、陡坡、边坡边缘等不利地段上建筑时，应估计不利地段对设计地震动参数可能产生的放大作用，其水平地震影响系数最大值应乘以增大系数。其值应根据不利地段的具体情况确定，在1.1～1.6范围内采用。(具体取值情况，参见条文解释)建筑方案设计人员，可通过结构专业的建议，合理调整平面布置，避免到施工图阶段再进行受力构件的大调整。

某新区一个大型公共建筑，前期勘察工作不到位，一味强调单体和场地、环境的结合，在一个20m深的冲沟上，填土不到三年的平台上布置阶梯水景池，现场也没做载荷试验，从建好至今因水池开裂就没成功灌满水，全部从裂缝中流失，如果作地基基础加固和水池加固处理，费用远远超出预算，其实这里根据场地情况作为该公共建筑的配套绿地是非常适合的，还节约投资。

先勘察、后设计，先确定合理的总图布置，再细化单体设计，才是科学的流程，也是几次大的自然灾害后，国家住建部严格要求的，对地形地貌变化很大的山地建设，尤其重要，但是在实际工程中，由于业主赶工期或是不够重视，往往省掉初勘。

2 重视山地建筑基础的埋深

在地形起伏，持力层变化大的台地确定基础的埋深也是相当繁杂的工作，要结合邻近工程的情况再综合分析，其下几点值得在工作中引起高度重视。

2.1 建筑物的基础埋置深度，底层柱的计算高度

山地建筑的高度应该从最不利点，即最低坡体标高点起算，这样，埋置(嵌固)深度也应随之发生变化，这直接影响了建筑结构的总高度、计算位移和周期的变化。

位于稳定土坡坡顶上的建筑，基础底面外边缘线至坡顶的水平距离应满足《建筑地基基础设计规范》GB50007-2011第5.4.2条要求，当边坡坡角大于45 °、坡高大于8m时，还应验算坡体稳定性，基础的稳定性可采用圆弧滑动面法进行验算。因此来确定基础距坡顶边缘的距离和基础埋深。

2.2 山地建设中桩基础端部的深度确定

通过填土碾压后，建设场地变得平整，地勘显示原始地貌是一冲沟，持力层顺地貌变化，高差很大，结构基础型式为桩基，端承桩，成桩方式为人工挖孔，现场上最易出问题的地方是：分批挖桩，根据进度，完成一根桩的持力层验槽工作，就下钢筋笼，浇筑一根桩，防止长时间停放垮孔。这里容易忽视一个细节：设计上应将桩底实际到达持力层的标高统一复核。防止相邻桩端高差过大，产生相邻应力叠加。因此，地勘资料要详细准确，局部复杂地段应增加钻孔布置数量，高层建筑最好要做到一柱一钻孔的数据资料，结构专业提前将桩端标高标注在图中，现场出现误差较大时，应及时会同相关专业进行现场复核。

3 概念设计的观点应在结构计算中得到体现

对山地建筑结构的概念设计，即对结构整体抗震性能的总体把控。目前概念设计的指标是通过大量的工程实例，经过实际震害调查，针对建筑的结构综合受力的性能、结合经济性，在此基础上提出来的。山地建筑除了遵循这些原则，还应注意其独特性、合理性和可行性。以现有的概念设计为依据，根据山地实际建筑的不同情况和特点，适当加以修正，找出其更合理的方案、方法。

针对山地建筑的一些特殊部位，架空层、地下室、悬挑等薄弱部位，加以分析并作出相应的调整。如：吊脚部分刚度较小，该层容易形成薄弱层，故应加强该处柱的刚度设计，吊脚部分截面尺寸不宜过小，注意计算模型的建立及分析；掉层部分容易造成层刚度突变，掉层部分形成薄弱层，注意层刚度控制；地下室部分，分为一侧、两侧、三侧挡土，均不能视地下室的顶板作为嵌固部位。

通过结构计算后所得的位移扭转、周期比、水平及竖向不规则等指标，注意控制界定结构抗震设防是否超限，并对计算模型作实时的调整，或及时与建设方及建筑专业协商，使该结构在抗震设防超限范围以内，如超限仍不能避免，请告知建设方，并到相关部门，做好超限审查。

结构计算模型的底层假定在实际工作中，如图1一样地处斜坡上的单体非常普遍，结构计算模型在建立时，最大的问题就是底层层高(二层结构板标高至基础顶面的计算高度)的确定，其过程中有两个指标需要高度重视。

图1 底层处于斜坡上的建筑

(1)底层各柱的线刚度EI/L(L—底层层高)，每根柱此参数的差距越小越好，目的是防止出现扭转效应，可通过调整柱的截面长宽尺寸来到达目的，但要注意层刚比的变化。

(2)底层和二层之间的层刚比，控制该比值，防止出现薄弱层。

以上两组参数(线刚度、层刚比)差异较大时，从概念设计的角度上看，无论后期如何进行精确的受力分析计算，整体结构的抗侧力效果都会很差，降低以上参数的比值，在建筑调方案时结构应及早介入，当差值太大时，建议采用以下方式(图2)最为有效。

图2 建筑单体沿街正立面

通过台阶变化方式，单体建筑与临街道路的高差得以调整，单体建筑背面斜坡的高差通过挡墙将凌空面支护，结构底层的计算高度得到统一，结构抗震体系得到大幅改进，比加大柱截面尺寸、多加钢筋管用得多。这也是概念设计应得到重视的原因。

除概念设计外，抗震构造措施也是结构抗震的重要环节，对于具有特殊性的山地建筑来说，尤为重要。除了一般性建筑的抗震构造措施以外，对山地建筑的薄弱部分，更要加强构造措施。对与吊脚、掉层、架空等接地处标高不同的部位，把上部荷载合理传至基础的重要部位，且它们的最高接地处，类似于上部结构的转换层，故此处极易形成薄弱层，框架柱也容易形成短柱，该处均应加强构造措施。