山地建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計探討

張靈燕　劉松

【摘要】在當前社會土地資源愈來愈稀缺的背景下，開發(fā)山地是非常有必要的，我國近年來涌現(xiàn)出了越來越多的山地建筑，這就是對山地進行開發(fā)的結(jié)果。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。山地建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計不僅要滿足人們對建筑質(zhì)量和建筑功能的需求，更要同時注重對山地的生態(tài)環(huán)境進行保護。本文以煙臺鋪拉谷酒莊工程為例分析了山地建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的要點，希望對建筑業(yè)的發(fā)展有所助益。

【關(guān)鍵詞】山地建筑；建筑結(jié)構(gòu)；結(jié)構(gòu)設(shè)計

由于山地自身的特性，導(dǎo)致對山地建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計與平原地區(qū)的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計具有一定的差異。在進行山地建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計之前首先要選擇適合的山地地塊，通常情況下，適合建造房屋建筑的山地坡度要不小于8%，確定地塊之后要結(jié)合該區(qū)域的自然條件進行設(shè)計，盡可能地合理利用自然條件，不隨意改變原有地形結(jié)構(gòu)，科學(xué)規(guī)劃道路，并根據(jù)業(yè)主要求科學(xué)設(shè)計公共設(shè)施和公共服務(wù)建筑等[1]。以下筆者就以煙臺鋪拉谷酒莊工程為例，探討山地建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的要點。

一、建造山地建筑的意義

隨著當代社會的發(fā)展和人口的急劇增長，土地資源越來越稀缺，為了節(jié)省城市土地資源，人們將目光放到了山地區(qū)域上面，于是越來越多的山地建筑工程項目被提上了日程。建造山地建筑，可以有效擴展人們的居住空間，節(jié)約土地資源，同時山地環(huán)境還有利于讓人們舒緩心情、釋放壓力，所以建造山地建筑是現(xiàn)代人們的必然需求。根據(jù)調(diào)查研究顯示，開發(fā)山地資源、建造山地建筑一來可以適應(yīng)社會經(jīng)濟發(fā)展，二來能夠適應(yīng)現(xiàn)代建筑功能，三來能夠有效節(jié)約成本，四來具有現(xiàn)代技術(shù)保障，所以建造山地建筑是可行的，更是意義重大的[2]。

二、山地建筑工程概況

1、工程概況

以煙臺鋪拉谷酒莊工程為例：本工程一期共15個單體酒莊，位于煙臺市萊山區(qū)，5號酒莊建筑高度為21.90m，建筑面積為4486.19m2，地下二層為葡萄酒作坊展示、品酒廳，地下一層為中餐廳，一層為大堂、客房；二、三層為客房、休閑吧；建筑的基礎(chǔ)形式為獨立基礎(chǔ)，采用天然地基，結(jié)構(gòu)類型為掉層框架結(jié)構(gòu)。

2、地層結(jié)構(gòu)及承載力

根據(jù)實地勘察顯示，煙臺鋪拉谷酒莊工程位于山谷沖溝中，場地地形起伏較大，場區(qū)地貌類型屬山谷沖溝。素填土層結(jié)構(gòu)松散，分布于場區(qū)5號、6號樓溝底地帶，顏色為褐黃色，主要由粘性土角礫、風化巖石碎塊、碎屑等組成；5號樓厚度一般為0.50-4.90m，6號樓厚度一般為0.50-1.80m。強風化花崗巖層厚度一般為5.00-10.00m，場區(qū)分布較廣泛，顏色為褐黃色，巨斑中粒結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，主要礦物成份為石英、長石、角閃石等，礦物蝕變強烈，風化裂隙很發(fā)育，裂隙面多氧化物渲染，呈粗砂狀，手搓易散；巖體屬極破碎的軟巖，巖體基本質(zhì)量等級為V級。

三、山地建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計要點

1、結(jié)構(gòu)類型選擇

目前比較常見的山地建筑結(jié)構(gòu)類型主要有吊腳結(jié)構(gòu)和掉層結(jié)構(gòu)這兩類，在實際山地建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，基本都是運用這兩類結(jié)構(gòu)或者其衍生結(jié)構(gòu)類型。吊腳結(jié)構(gòu)如圖1所示、掉層結(jié)構(gòu)如圖2所示。

2、抗震設(shè)計

對于山地建筑而言，其結(jié)構(gòu)設(shè)計中的抗震設(shè)計一般是通過概念設(shè)計、計算及構(gòu)造措施這三方面來實現(xiàn)的。其中，概念設(shè)計指的是對山地建筑結(jié)構(gòu)的整體抗震性能進行總體把控，一般是通過控制山地建筑結(jié)構(gòu)的高度、高寬比、平面及豎向規(guī)則性等方面來實現(xiàn)，而平面和豎向規(guī)則性則通常是通過對剛度比、強度比以及扭轉(zhuǎn)效應(yīng)等指標進行控制來實現(xiàn)的。在對這些指標進行實際計算時通常會存在兩點問題：第一是如何按照實際計算，第二是計算結(jié)果是否適應(yīng)山地建筑結(jié)構(gòu)特點。在這方面，目前建筑界大多只考慮常規(guī)地形下對指標的控制，而對山地建筑的考慮較少。為了加強山地建筑的抗震設(shè)計，必須要在對常規(guī)地形下建筑指標控制的基礎(chǔ)上結(jié)合山地建筑結(jié)構(gòu)的特點進行修正。具體來說，在山地建筑的抗震設(shè)計中主要應(yīng)考慮以下問題：①在概念設(shè)計中，首先需要考慮如何確定結(jié)構(gòu)高度界定中的起算點（取最高接地點、最低接地點、還是平均值？），一般建筑設(shè)計要求從較低一側(cè)的室外地面起算，但其是否對多層吊腳結(jié)構(gòu)和掉層結(jié)構(gòu)同樣適用還需進一步討論；筆者建議按重慶地區(qū)相關(guān)規(guī)范[3]對山地建筑高度的界定中增加一個補充限值條件，即以不大于主要豎向構(gòu)件的實際高度為宜。其次需要考慮如何合理選取結(jié)構(gòu)嵌固端，由于山地建筑結(jié)構(gòu)的特點是其底部約束不在同一水平面上，所以其嵌固點也應(yīng)當根據(jù)實際而選擇不同的高度。②在抗震力計算中，必須要模擬出真實的地震力作用。由于山地建筑結(jié)構(gòu)要與地形環(huán)境相適應(yīng)，所以容易形成單側(cè)、兩側(cè)或三側(cè)帶約束的地下室，而約束邊的土層性質(zhì)往往直接影響著其在地震作用下的受力特點，對此還需進一步完善現(xiàn)有結(jié)構(gòu)計算軟件的適應(yīng)性。③在抗震構(gòu)造上，由于山地建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能需要具有獨特的特點，所以應(yīng)當在常規(guī)抗震規(guī)范的基礎(chǔ)上根據(jù)山地建筑結(jié)構(gòu)的實際抗震性能特點適當增加一部分內(nèi)容，并對薄弱環(huán)節(jié)進行有針對性的加強。

3、邊坡支護方案選擇

比較常見的邊坡支護方案有：①放坡：放坡的特點是開挖造價成本較低，往往是建筑工程的首選邊坡支護方案；②噴錨支護：噴錨支護的造價也比較低，其是一種依靠噴射混凝土、鋼筋網(wǎng)、錨桿與土體共同作用的支護體系；③重力式擋土墻：重力式擋墻分為多種類型，主要有直立式、仰斜式、俯斜式、懸臂式及衡重式等，其中直立式受力最為經(jīng)濟合理，仰斜式的優(yōu)勢是占地面積較小，而衡重式則比較適用于那些高差較大的位置；④鋼筋混凝土擋土墻：由于鋼筋混凝土擋土墻是與建筑的結(jié)構(gòu)主體一起參與工作和抗震計算的，所以在設(shè)計中需要重點考慮土推力對結(jié)構(gòu)主體的影響。結(jié)合煙臺鋪拉谷酒莊工程的實際情況對以上幾種邊坡支護方案進行綜合分析和考慮，筆者認為該工程主樓以外的場地高差可以采用放坡支護方案或噴錨支護方案；多層框架結(jié)構(gòu)的主樓應(yīng)當采用重力式擋土墻支護結(jié)構(gòu)，并且為了避免土推力對結(jié)構(gòu)主體產(chǎn)生較大影響，擋土墻要與建筑結(jié)構(gòu)的主體完全脫開；柱網(wǎng)的間距較小，可以采用仰斜式重力式擋土墻支護結(jié)構(gòu)；而高層由于是剪力墻結(jié)構(gòu)，所以適宜采用鋼筋混凝土擋土墻[4]。

4、基礎(chǔ)和基礎(chǔ)深埋選型

煙臺鋪拉谷酒莊工程的場地土質(zhì)、主樓區(qū)及單層地下室均采用獨立基礎(chǔ)，由于場地的高差變化相對較大，所以基礎(chǔ)底標高應(yīng)當在不同高度上，并且要控制好相鄰基礎(chǔ)的底間距與高差，保證二者之間的關(guān)系滿足D/H>1[5]。高層部分的基礎(chǔ)可以選擇鋼筋混凝土筏板，這種材質(zhì)的基礎(chǔ)整體型強、剛度高，能夠充分發(fā)揮出地基承載力，有效調(diào)節(jié)不均勻沉降問題，并且比較經(jīng)濟。建筑工程的基礎(chǔ)埋置深度通常是取決于建筑本身的高度和地下室的層高和層數(shù)，由于山地建筑的特殊性，其基礎(chǔ)埋深和計算高度往往是由室外最低點算起?；A(chǔ)可以按照埋深要求分段設(shè)置不同的標高，計算時應(yīng)當綜合考慮土壓力傳遞的不平衡性，盡量增強其整體性。

5、接地形態(tài)設(shè)計

山地建筑有其獨有的特殊性，對其不定基面的設(shè)計要注重靈活性，尤其要對建筑出口進行合理設(shè)計。建筑的不定基面一是指建筑的入口層面，二是指建筑室外空間所產(chǎn)生的建筑層面。而建筑底面則是指建筑與基底之間的接觸面[6]。由于山地建筑自身的特點，導(dǎo)致其底面偶爾會與基面之間出現(xiàn)分離現(xiàn)象，再者也可能會同時出現(xiàn)多個基面。煙臺鋪拉谷酒莊工程可以采用不定基面的設(shè)計原理，將一、二層的出入口與三層以上的出入口設(shè)置在不同面，并充分利用電梯實現(xiàn)爬山和退臺功能。

結(jié)語

綜上所述，目前山地建筑在我國已經(jīng)有了較大的發(fā)展，在建造山地建筑時，必須要根據(jù)山地的地形特點，充分利用山地區(qū)域的環(huán)境條件，對山地建筑結(jié)構(gòu)進行科學(xué)合理的設(shè)計，將建筑與地勢有機結(jié)合，以滿足人們對建筑的需要。

參考文獻

[1]吳帥，譚方.山地建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計探討[J].建筑結(jié)構(gòu)，2013，11：38-41.

[2]林濱暉.山地建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的幾點探討[J].門窗，2014，07：237-238.

[3]DB50/5019—2001重慶市住宅建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范[S].重慶：重慶大學(xué)出版社.

[4]瞿淼鑫.某坡屋頂山地建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計[J].四川建材，2015，02：65-67.

[5]陳碩.淺談山地建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計[J].建材與裝飾，2015，45：117-118.

[6]楊鳳梅.山地城市在結(jié)構(gòu)設(shè)計上的一些建議[J].四川建筑，2014，04：182-183.