淺析山地建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計中相關(guān)問題及要求

方明宇

摘 要：隨著人們對居住環(huán)境要求的提高，在山地形成城市的趨勢已經(jīng)越來越普遍。但是由于山地具有其特殊性，在山地進(jìn)行施工需從多方面考慮。為文通過對山地建筑結(jié)構(gòu)類型的界定，典型山地建筑結(jié)構(gòu)的震害分析，目前存在的設(shè)計誤匹進(jìn)行分類和梳理，找出山地建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計中存在的特殊問題。

關(guān)鍵詞：地建筑結(jié)構(gòu)，抗震設(shè)計.抗震分析，概念設(shè)計

雖然國內(nèi)外不乏山地城市，但缺乏對山地建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計特殊問題的認(rèn)識及相關(guān)震害的調(diào)查和分析，有針對性的研究還較為少見。目前基本沒有開展山地建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計特殊問題方面的系統(tǒng)研究，缺乏對山地建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計有指導(dǎo)意義的研究成果，更談不上相關(guān)的設(shè)計規(guī)程或規(guī)范，理論研究明顯滯后于工程實踐的需要。因此設(shè)計人員只能按一般結(jié)構(gòu)和根據(jù)設(shè)計經(jīng)驗進(jìn)行設(shè)計。當(dāng)遇到山地建筑結(jié)構(gòu)特殊問題時經(jīng)常無所適從，可能存在安全隱患。因此，迫切需要根據(jù)山地建筑結(jié)構(gòu)的特點，歸納、梳理和總結(jié)其特殊阿題，并開展研究和提出對策及解決辦法。

一、山地建筑結(jié)構(gòu)類型及設(shè)計誤區(qū)

山地建筑結(jié)構(gòu)是指山地建筑特有的結(jié)構(gòu)形式。根據(jù)山地建筑特點，我們將山地建筑結(jié)構(gòu)歸納為懸挑、吊腳、掉層、錯層、連崖、附崖等，或由這些形式組合而成。于目前現(xiàn)行規(guī)范對山地建筑結(jié)構(gòu)沒有給出明確的設(shè)計方法和指導(dǎo)措施，導(dǎo)致在設(shè)計中常常存在一些設(shè)計誤區(qū)。

下面通過5.12汶川地震中典型山地建筑結(jié)構(gòu)房屋的震害，來說明山地建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計存在的誤區(qū)及需要注意的問題。

1.山地建筑結(jié)構(gòu)架空層易形成柔弱底層，對于不等高柱架空，容易形成短柱，建議從概念設(shè)計上考慮和采取必要的抗震構(gòu)造措施，盡量避免短柱和上剛下柔。

2.山地建筑架空層常會為了設(shè)計和施工方便，直接把樁基礎(chǔ)伸出地面當(dāng)柱使用，由于其抗彎和抗剪都較弱，容易在出地面樁身發(fā)生破壞，建議設(shè)計時勿用樁代替柱。

3.錯層式山地建筑結(jié)構(gòu)房屋在錈層部位樓梯柱（短柱）及梯段板麓害尤其嚴(yán)重，建議采取必要的抗震構(gòu)造措施，設(shè)計時進(jìn)行必要的抗震驗算。

4.對于無法避免在陡坎附近建山地建筑，建議在設(shè)計時考慮局部場地的影響及陡坎邊坡穩(wěn)定問題。

5.由于山地建筑結(jié)構(gòu)豎向剛度不規(guī)則，扭轉(zhuǎn)效應(yīng)明顯，建議設(shè)計時底部加強(qiáng)。

二、 山地建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計要求

1.抗震概念設(shè)計存在問題。在作為山地建筑最多的山城重慶，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計當(dāng)中發(fā)現(xiàn)，對建筑結(jié)構(gòu)高度界定上沒有統(tǒng)一標(biāo) 準(zhǔn)，更無法截取建筑最高點和最低接地點。比如“吊腳樓”的建造當(dāng)中，主要是依山傍水而建，建筑總共五層，古人以第三層作為建筑中心也是平均值。 但是隨著人口數(shù)量增加，采用這種方式顯然不適合現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計，所以就按照住宅最低一側(cè)的室外地面計算，但是這能確定平地建筑的穩(wěn)定性，卻無法確定山地建筑結(jié)構(gòu)，尤其是對于多層掉層或者吊腳結(jié)構(gòu)的建筑而言。 以重慶常見山地建筑結(jié)構(gòu)為例，在設(shè)計時需要 從較低一側(cè)室外地面起，計算建筑高度，比如兩種結(jié)構(gòu)建筑高度都是26.4 m，a建筑的豎向最大高度為 9.9 m，所以應(yīng)該是多層結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計。所以在計算建筑高度時應(yīng)該將“不大于豎向構(gòu)件的實際高度， 此高度包含上部被托換構(gòu)件高度”為最佳數(shù)值。在結(jié)構(gòu)嵌固端和固定點選擇上，需要由不同高度而定， 此時需要按照國家對山體建筑抗震等級設(shè)計規(guī)范而定。如果是帶地下層或者高層建筑時，地下室受到的剛度和剪承載力比上部樓層大時，地下室的頂板處可以作為嵌固部位，此時的嵌固端選在上接地位 置出，下部結(jié)構(gòu)與上部結(jié)構(gòu)對應(yīng)部分的側(cè)向剛度比 值應(yīng)該大于或等于2。

其次是剛度比的控制上，需要從嵌固端以下抗側(cè)構(gòu)件平面的平面布置的合理性和結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)控制兩個方面同時進(jìn)行。在建筑結(jié)構(gòu)產(chǎn)生紅位移比率計算當(dāng)中，需要從嵌固端下嵌固點處選取，并且還要注意控制上部嵌固點的位移比率。比如在某一別墅結(jié)構(gòu)設(shè)計當(dāng)中，因為別墅的下嵌固層屬于地下室外墻，所以下層和上層嵌固與整個樓層剛度比分別為X向3.25，Y向3.69。同時下嵌固層嵌固端的位移比率X向的1.58，其對應(yīng)最大位移角為 ；Y向位移比率為 1.26，由以上數(shù)據(jù)可知，下嵌固層抗側(cè)構(gòu)件位移對建筑整體結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)較為明顯，所以，設(shè)計時需要嚴(yán)格控制建筑位移比率。

由此因為不同嵌高度固點、外側(cè)剛度及剛度突變性，產(chǎn)生上下構(gòu)件內(nèi)力突變，促使部分構(gòu)件提前破壞。所以在此過程中，精確計算山地建筑結(jié)構(gòu)上下層剛度比顯得尤為重要。

2. 結(jié)構(gòu)設(shè)計中抗震力計算。在對山地建筑結(jié)構(gòu)抗震等級和參數(shù)的計算當(dāng)中，需要結(jié)構(gòu)建造山地形態(tài)和環(huán)境，讓建筑與山體 能夠完美融合為主。在實際建造當(dāng)中，山地很容易對建筑結(jié)構(gòu)形成單側(cè)、兩側(cè)、三側(cè)帶約束地下室或者首層，在發(fā)生地震后首層會受到土層力學(xué)性質(zhì)影響，所以需要加緊抗震參數(shù)的精確計算。在計算抗震參數(shù)時，采用相應(yīng)計算軟件對建筑結(jié)構(gòu)在地震作用下，建筑結(jié)構(gòu)和土質(zhì)內(nèi)力進(jìn)行分析完善，對于多層掉層結(jié)構(gòu)參數(shù)計算分析當(dāng)中，如出現(xiàn)地震剪力特點跟普通結(jié)構(gòu)并未區(qū)別或從上至下出現(xiàn)遞增狀態(tài)等不適應(yīng)現(xiàn)象，但實際中卻因為建筑接地層豎向構(gòu)件 會將部分作用力傳遞到建筑基礎(chǔ)中，然后傳到地基下，所以，實際數(shù)據(jù)需要比計算地震剪力小才符合。

3.建筑構(gòu)造確定。山地建筑在抗震設(shè)計當(dāng)中，除了相應(yīng)的技術(shù)和數(shù)據(jù)參數(shù)外，還要從構(gòu)造上進(jìn)行，在設(shè)計當(dāng)中需要對山體震源等級和建筑構(gòu)造抗震性能進(jìn)行分析，尤其是對建筑結(jié)構(gòu)承受力、震動時結(jié)構(gòu)變形等特點進(jìn)行分析，特別是對建筑結(jié)構(gòu)較為薄弱部位加進(jìn)行穩(wěn)固防護(hù)。對建筑接地柱和吊腳及掉層部分的抗震等級需要比當(dāng)?shù)氐卣鸬燃壐咭患?。同時，掉層結(jié)構(gòu)與上接地柱相鄰掉層樓板之間的厚度不能低于 120 mm，并且采用拉梁加強(qiáng)兩個部分連接。同時還要對地基條件和邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行調(diào)查和計算，對于遠(yuǎn)離邊坡建筑情況下，需要考慮使用天然技術(shù)，在邊坡邊上的建筑物要用深基礎(chǔ)，這樣可以避免為建筑帶來不穩(wěn)定影響。對于地勢較為復(fù)雜的山地而言，受到地形小、復(fù)雜和施工難度大的影響，如果是別墅建造，需要對山體部分填土較深平面采取小型鋼管樁作為基礎(chǔ)，鋼管規(guī)格為Φ146×10 的潛孔錘開至Φ168，以此保證巖段質(zhì)量。然后是對填土部分樁側(cè)進(jìn)行注漿穩(wěn)固，主要是為樁柱增加保護(hù)，需要填筑在樁柱和土壤之間的空隙處，為樁柱兩側(cè)提供約束。

三、結(jié)語

隨著城市化的發(fā)展山地建筑越來越多。與一般的建筑結(jié)構(gòu)相比，山地建筑結(jié)構(gòu)具有若干特殊的抗震設(shè)計問題，但目前山地建筑結(jié)構(gòu)的抗震問題沒有得到足夠的重視，應(yīng)該對山地建筑結(jié)構(gòu)的特殊問題應(yīng)引起重視，在積累了一定研究成果的條件下應(yīng)編制有關(guān)山地建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計規(guī)程。

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