山地城市在結構設計上的一些建議

楊鳳梅

(四川攀枝花規(guī)劃建筑設計研究院有限公司，四川攀枝花617000)

攀枝花市是一個典型的山地城市，地處攀西大裂谷，整座城市沿金沙江兩岸布置，地質(zhì)條件非常復雜，近幾年，隨著當?shù)亟?jīng)濟的提升，城市基本建設快速發(fā)展，建筑用地的現(xiàn)場情況越來越復雜，很多是處于山谷地帶的高填方區(qū)，或是在坡體上平整的場地，一邊臨空，一邊是高邊坡的情況也很是常見。甚至剛填完才一年多，土體自重固結還未完成的場地也在使用。筆者在山地從事結構設計工作多年，結合工作中的一些實際情況，談談自己對山地城市中結構設計的一些建議。

1 設計方案定稿前的初勘

初勘很重要，總圖和建筑方案定稿前，建議業(yè)主方，把初勘做到位，對整個臺地標高的合理化劃分、單體的結構布置、地下室層數(shù)的確定、基礎型式的確定、高層、多層根據(jù)地質(zhì)情況總圖合理布置(地質(zhì)條件好的布置高層建筑)，擋墻和主體的自然結合都能起到很重要的作用，同時，對整個項目室外的土建造價在施工圖結束前就能得到優(yōu)化。

委托地質(zhì)勘察部門對建設場地進行詳細的地質(zhì)勘察，尤其是對陡坡地段進行專門的邊坡整體穩(wěn)定性評價，并且通過相關部門審查。如果邊坡整體失穩(wěn)，那么其上部建筑無法通過建筑的構件來抵抗地質(zhì)災害對結構體系的破壞，恰當評估邊坡的整體穩(wěn)定性，直接關系到建筑的選址及建筑基礎設計的方案確定。而當前，此步驟經(jīng)常被省略或推后，給建設方帶來經(jīng)濟損失，甚至給后期工程帶來安全隱患。

《建筑抗震設計規(guī)范》GB50011-2010第4.1.8條規(guī)定，對山包、山梁、懸崖、陡坡、邊坡邊緣等不利地段上建筑時，應估計不利地段對設計地震動參數(shù)可能產(chǎn)生的放大作用，其水平地震影響系數(shù)最大值應乘以增大系數(shù)。其值應根據(jù)不利地段的具體情況確定，在1.1～1.6范圍內(nèi)采用。(具體取值情況，參見條文解釋)建筑方案設計人員，可通過結構專業(yè)的建議，合理調(diào)整平面布置，避免到施工圖階段再進行受力構件的大調(diào)整。

某新區(qū)一個大型公共建筑，前期勘察工作不到位，一味強調(diào)單體和場地、環(huán)境的結合，在一個20m深的沖溝上，填土不到三年的平臺上布置階梯水景池，現(xiàn)場也沒做載荷試驗，從建好至今因水池開裂就沒成功灌滿水，全部從裂縫中流失，如果作地基基礎加固和水池加固處理，費用遠遠超出預算，其實這里根據(jù)場地情況作為該公共建筑的配套綠地是非常適合的，還節(jié)約投資。

先勘察、后設計，先確定合理的總圖布置，再細化單體設計，才是科學的流程，也是幾次大的自然災害后，國家住建部嚴格要求的，對地形地貌變化很大的山地建設，尤其重要，但是在實際工程中，由于業(yè)主趕工期或是不夠重視，往往省掉初勘。

2 重視山地建筑基礎的埋深

在地形起伏，持力層變化大的臺地確定基礎的埋深也是相當繁雜的工作，要結合鄰近工程的情況再綜合分析，其下幾點值得在工作中引起高度重視。

2.1 建筑物的基礎埋置深度，底層柱的計算高度

山地建筑的高度應該從最不利點，即最低坡體標高點起算，這樣，埋置(嵌固)深度也應隨之發(fā)生變化，這直接影響了建筑結構的總高度、計算位移和周期的變化。

位于穩(wěn)定土坡坡頂上的建筑，基礎底面外邊緣線至坡頂?shù)乃骄嚯x應滿足《建筑地基基礎設計規(guī)范》GB50007-2011第5.4.2條要求，當邊坡坡角大于45 °、坡高大于8m時，還應驗算坡體穩(wěn)定性，基礎的穩(wěn)定性可采用圓弧滑動面法進行驗算。因此來確定基礎距坡頂邊緣的距離和基礎埋深。

2.2 山地建設中樁基礎端部的深度確定

通過填土碾壓后，建設場地變得平整，地勘顯示原始地貌是一沖溝，持力層順地貌變化，高差很大，結構基礎型式為樁基，端承樁，成樁方式為人工挖孔，現(xiàn)場上最易出問題的地方是：分批挖樁，根據(jù)進度，完成一根樁的持力層驗槽工作，就下鋼筋籠，澆筑一根樁，防止長時間停放垮孔。這里容易忽視一個細節(jié)：設計上應將樁底實際到達持力層的標高統(tǒng)一復核。防止相鄰樁端高差過大，產(chǎn)生相鄰應力疊加。因此，地勘資料要詳細準確，局部復雜地段應增加鉆孔布置數(shù)量，高層建筑最好要做到一柱一鉆孔的數(shù)據(jù)資料，結構專業(yè)提前將樁端標高標注在圖中，現(xiàn)場出現(xiàn)誤差較大時，應及時會同相關專業(yè)進行現(xiàn)場復核。

3 概念設計的觀點應在結構計算中得到體現(xiàn)

對山地建筑結構的概念設計，即對結構整體抗震性能的總體把控。目前概念設計的指標是通過大量的工程實例，經(jīng)過實際震害調(diào)查，針對建筑的結構綜合受力的性能、結合經(jīng)濟性，在此基礎上提出來的。山地建筑除了遵循這些原則，還應注意其獨特性、合理性和可行性。以現(xiàn)有的概念設計為依據(jù)，根據(jù)山地實際建筑的不同情況和特點，適當加以修正，找出其更合理的方案、方法。

針對山地建筑的一些特殊部位，架空層、地下室、懸挑等薄弱部位，加以分析并作出相應的調(diào)整。如：吊腳部分剛度較小，該層容易形成薄弱層，故應加強該處柱的剛度設計，吊腳部分截面尺寸不宜過小，注意計算模型的建立及分析；掉層部分容易造成層剛度突變，掉層部分形成薄弱層，注意層剛度控制；地下室部分，分為一側、兩側、三側擋土，均不能視地下室的頂板作為嵌固部位。

通過結構計算后所得的位移扭轉(zhuǎn)、周期比、水平及豎向不規(guī)則等指標，注意控制界定結構抗震設防是否超限，并對計算模型作實時的調(diào)整，或及時與建設方及建筑專業(yè)協(xié)商，使該結構在抗震設防超限范圍以內(nèi)，如超限仍不能避免，請告知建設方，并到相關部門，做好超限審查。

結構計算模型的底層假定在實際工作中，如圖1一樣地處斜坡上的單體非常普遍，結構計算模型在建立時，最大的問題就是底層層高(二層結構板標高至基礎頂面的計算高度)的確定，其過程中有兩個指標需要高度重視。

圖1 底層處于斜坡上的建筑

(1)底層各柱的線剛度EI/L(L—底層層高)，每根柱此參數(shù)的差距越小越好，目的是防止出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)效應，可通過調(diào)整柱的截面長寬尺寸來到達目的，但要注意層剛比的變化。

(2)底層和二層之間的層剛比，控制該比值，防止出現(xiàn)薄弱層。

以上兩組參數(shù)(線剛度、層剛比)差異較大時，從概念設計的角度上看，無論后期如何進行精確的受力分析計算，整體結構的抗側力效果都會很差，降低以上參數(shù)的比值，在建筑調(diào)方案時結構應及早介入，當差值太大時，建議采用以下方式(圖2)最為有效。

圖2 建筑單體沿街正立面

通過臺階變化方式，單體建筑與臨街道路的高差得以調(diào)整，單體建筑背面斜坡的高差通過擋墻將凌空面支護，結構底層的計算高度得到統(tǒng)一，結構抗震體系得到大幅改進，比加大柱截面尺寸、多加鋼筋管用得多。這也是概念設計應得到重視的原因。

除概念設計外，抗震構造措施也是結構抗震的重要環(huán)節(jié)，對于具有特殊性的山地建筑來說，尤為重要。除了一般性建筑的抗震構造措施以外，對山地建筑的薄弱部分，更要加強構造措施。對與吊腳、掉層、架空等接地處標高不同的部位，把上部荷載合理傳至基礎的重要部位，且它們的最高接地處，類似于上部結構的轉(zhuǎn)換層，故此處極易形成薄弱層，框架柱也容易形成短柱，該處均應加強構造措施。

4 結束語

簡而言之，山地建筑與一般的建筑相比，有其諸多特殊性，它既對建筑有了更高的要求，同時也對結構有了更高的要求。結構設計人員只有在不斷實踐、總結，才能適應當前的山地建筑發(fā)展需求，使建筑能夠更完美的得以體現(xiàn)。同時，也希望有更適合山地建筑的相對具體、全面的理論研究成果。