山地建筑结构设计方法与应用综述

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摘要：本文通过对山地建筑的结构设计方法，并结合工程实例针对结构计算参数的选取、地基基础设计等重点问题做了详细的介绍，为以后山地建筑的广泛开展提供设计参考。

关键词：山地建筑；计算参数；地基基础

中图分类号：TU3文献标识码： A

引言

随着房地产行业的蓬勃兴起与人们回归山野自然环境的需求，山地建筑以自身独特的优势脱颖而出，成为城市建筑群中一道亮丽的风景线，深受广大开发商的欢迎。山地建筑依山而建，本着与自然相融合的原则，在规划布局方面与平地建筑存在着很大差异，对结构工程师来说，山地建筑结构设计已成为全新的课题，但由于目前规范缺乏对山地建筑的相关规定，理论严禁滞后于实际应用，故本文通过实际工程总结山地建筑的结构设计方法，为此类建筑的结构设计提供参考。

1 山地建筑结构设计优化方法理论及意义

1.1优化方法理论

在对工程项目的结构进行设计的时候，不仅要对设计对象基础性的是用功能进行合理有效的考虑，还要对设计对象的美观程度进行有效的考虑。这也是工程结构优化的问题所在，简而言之就是使用科学的方法和语言把所有可能设计的方案进行集中，从而找到能够满足设计目标又能让人满意的设计方案。

对结构设计优化方案从理论上进行分析，主要体现在建筑设计的工程上面，对建筑整体结构优化设计包括顶部的设计方案优化及结构细部设计的优化设计方案。建筑师在保证设计安全的前提之后，就应该要对房屋设计勇敢的去创新和挑战，从而设计出独特美观的建筑。但是在创新的时候应该要注意尽量规则、对称，使质量中心和刚度中心尽可能的缩小，从而使得建筑的荷载能力进一步的提高。在竖向的设计方面应该注意尽可能的不用要使用转换层，从而减少结构分析和设计困难，可以大程度的减少建造经济，而且还能够增加荷载强度。

1.2 结构设计优化意义

结构优化意义重大，尤其对于投资方，好的设计既会给投资方带来利益，还会满足社会大众需要，它的意义主要分为经济意义和在实际应用中的意义。

( 1) 经济意义: 投资方往往重视施工成本，住宅建筑结构优化设计可以适当地减少工程成本，调查表明，至少可减少5%，若优化设计完善合理，甚至可减少 30%。进行规划之后，就会综合市场情况，选用质优价廉的材料。在这个讲究可持续发展的社会，规划可预料施工过程中可能出现的问题，减少不必要的施工，精简施工过程，避免重复设计，协调整体，综合利用材料，使资源得到最大利用，减少各个环节对资源的浪费。

( 2) 实践意义: 对建筑结构设计的优化分析往往考虑建筑的受力，尺寸，基础构造等等，通过这个分析可以使住宅设计走向科学化，实用性提高。优化设计可以使施工方案趋于合理，防止后期因设计不合理对工程的延误。另外，近年来，为适应城市越来越多的人口需求，高层建筑已经在住宅建筑领域占有一席之地，随着楼层增高，施工难度也在提高。高层建筑数量与速度在增长，设计质量却不高。无论是基础建设，还是高层结构，都要充分考虑到建筑整体体系，各类管道线路铺设，建筑受力等因素，优化设计就必不可少。

2 山地建筑的分类

根据受力特点，共分为如下三种结构形式：掉层、吊脚、附崖。掉层结构：在同一结构单元内有两个或以上不在同一平面的嵌固端，且上接地面以下利用坡地高差按层高设置楼层的结构体系。是山地建筑常用的结构形式。吊脚结构：采用长短不同的竖向构件形成的具有不等高约束的结构体系。主要应用于较陡坡地或临江地带，属于竖向不规则建筑。附崖结构：贴附于陡峭崖壁上，与山崖的竖直界面重合的结构形式。属于较为复杂的山地建筑形式，本文中未涉及。筑台结构：将山体分为若干个标高不同的台地，在各个台地上分别布置独立建筑的结构形式。主要应用于山体平缓的大面积山地建筑。

3山地建筑工程实例

3.1 工程概况

某场地位于山前缓坡地带，以多层联排别墅及小高层的花园洋房住宅为主，结构形式为剪力墙结构。该项目地势低洼，规划为公租房用地，为多层剪力墙结构。主要包括会所及停车楼两个子项：会所地下一层（局部地下二层），三面挡土，一侧开场；地上二层。停车楼无地下室，地上四层。均为框架结构。会所及停车楼均依山而建，因山势陡峭，建筑两侧挡土高度相差悬殊，最大处近20米，故采用独立设计的支护挡土墙将山体与主体建筑分开，接地方式为脱离式。

3.2 抗震缝的设置

（1）主楼与车库之间设置抗震缝。由于地形的特殊性，地下车库均三面覆土、一面开敞，属于外露的地上建筑，地下车库与主体间的关系分为两种：一是设置双墙与主楼脱开，车库与主楼均独立设计，经济性优势明显，此种抗震缝的设置适合于主楼为多层建筑。二是车库与主体连为一体，共用承重墙体，主楼与车库均按照大底盘多塔结构进行设计，经济性差，此种抗震缝的设置适用于主楼为高层建筑，因抗震缝的设置使主楼两侧均无侧限约束，等同于主楼直接搁置与地面上，无埋置深度。而规范规定：高层建筑结构埋深不宜小于房屋总高度的1/15，而多层建筑结构无此要求。故主楼与车库间设置抗震缝的经济做法不适合于高层建筑。（2）掉层结构单元间设置抗震缝。两个结构单元间不设置防震缝，则需按照掉层结构的各项要求进行设计，如掉层部分的抗震等级需调高一级、上接地柱相邻的掉层楼板厚度不小于120mm、掉层结构竖向等效侧向刚度需满足规范要求等，这样经济指标必然不好。故本工程在5#的两个单元之间设置抗震缝将其分成两个独立的结构单元，这样仅需按照平地建筑结构的要求进行设计，经济性的优势明显。

3.3 地基基础设计

地基：根据上部结构形式和地基土质情况，分为天然地基与人工处理地基两大类。天然地基按照山区土质特点，可分为三种类型：岩石地基、土岩组合地基、土质地基。岩石地基：停车楼地基持力层为强风化岩、中风化岩，地基形式完全为岩石地基。土岩组合地基：本工程土岩组合地基较多，分为如下两种情况：

（1）大块孤石或个别石牙出露的地基

处理措施：在基础与岩石接触的部位采用褥垫处理。该项目属于典型的此类地基，它由地上三层，框架结构，基础形式为独立柱基，地基持力层为②层粉质粘土层，局部存在⑥层强风化玄武岩层，故需进行褥垫处理以调节地基土的软硬程度，减小柱基间的差异沉降。基础设计说明中注明：基槽以下如遇⑥层强风化玄武岩层，则需继续下挖500mm，级配砂石回填，压实系数不小于0.95。

（2）下卧基岩表面坡度较大的地基

处理措施：在岩石地基与土质地基之间，沿建筑物通高设置沉降后浇带。基岩面自东向西呈上升坡度，整个持力层分为两大区域：D、E、F轴区域地基持力层为⑨、⑩层基岩，承载力按照500kpa取值；A、B、C轴区域地基持力层为⑥、⑦层土（局部存在的基岩采用如上所诉的级配砂石褥垫处理），承载力统一按照180kpa取值；基础设计时在两大区域之间，即C、D轴之间全楼通高设置沉降后浇带。

2.5 基础设计

筏板基础―该项目多层、高层剪力墙结构均采用筏板基础，筏板基础整体刚度好，调节地基不均匀沉降的能力强，故对于地基土质差异较大的山地建筑来说，筏板基础为首选的结构基础设计方案。独立基础―对于上部荷载小的框架结构，从经济性的角度出发，可选用独立柱基，建筑设有地下室时，可选用独立柱基、条基+防水板。地上四层，无地下室，框架结构，地基持力层为基岩，承载力高，本工程选用独立柱基为最优的基础方案。

结束语

结合工程实例，详细介绍了山地建筑设计中的问题，并总结了地基基础设计方案。随着山地建筑的日益增多，山地结构设计方法也将逐步完善，通过本文的总结，为以后山地建筑结构设计的研究提供良好开端。

参考文献

[1]《建筑抗震设计规范》GB50011-2010；

[2]《地基基础设计规范》GB50007-2011;

[3] 龙彬，掉层结构设计中的若干问题研究，重庆大学硕士学位论文，2010

[4] 住宅建筑结构设计规范》征求意见稿2013