浙北某山地别墅结构设计问题分析

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摘要：本文结合作者本人设计的山地别墅项目，阐述和探讨关于浙北地区山地别墅设计的主要问题，为设计相关项目的设计人员提供部分参考。这些问题主要包括山区风压修正的研究、地震影响系数放大的研究以及地基基础稳定性设计等三个方面。

关键词：山地别墅，风荷载标准值，地震影响系数，地基基础

中图分类号：TU318 文献标识码：A文章编号：

1前言

山地别墅顾名思义，就是依托山势、结合得天独厚的自然条件、植被资源设计的与环境融合统一的别墅。当前，随着经济水平的提高、房地产市场的发展、人们对物质生活更高的追求，在全国很多地区均出现了山地别墅。山地别墅构成了别墅金字塔的顶尖。

目前浙江北部湖州地区已经开发了许多山地别墅产品，在实际开发中，很多别墅选址并没有完全因势利导、结合地形，设计当中出现了较多了问题。结合本人目前设计的浙北地区山地别墅区项目，对设计中出现的部分主要问题予以研究。

2山地别墅地震影响系数

地震影响系数是工程地震安全评价的一个重要参数，在普通平整地面上设计建筑物时，地震影响系数的取值可以直接按照规范取用。

但是，规范对于丙类及丙类以上建筑需要建造在不利地段有特别的说明，该类建筑物的地震影响系数最大值不应该直接选取，而应该在乘以增大系数。其值视情况而定，但最大值不宜大于1.6[1]。

局部突出地形顶部的地震力放大系数公式如下：

λ＝1＋ξα

式中 λ——放大系数；

α——地震动参数的增大幅度；

ξ——附加调整系数，与建筑场地离突出台地边缘的距离L与相对高差H的比值有关。当L/H＜2.5时，ξ可取为1.0；当2.5≤L/H＜5时，ξ可取为0.6；当L/H≥5时，ξ可取为0.3。

在作者本人所涉及的山地别墅中，很多单体都位于山包山梁等位置，地震影响系数应作调整。根据抗震规范，有地震影响系数的放大系数为：

λ＝1＋ξα

式中α增大幅度查表得α=0.3；ξ此处按L/H＜2.5时，ξ取为1.0；则放大系数为λ＝1＋ξα=1.30，故按多遇地震影响系数最大值调整为αmax’=λ*αmax=1.3x0.04=0.052，以此值输入予以计算。

结算经过比较发现，因为6度区影响系数最大值本来就较低，即使放大系数达到1.6后，其在山梁等位置的修正地震影响系数最大值也不过就刚为0.064，此值对低层建筑影响微乎其微。但是，我们不可忽略此问题，设计时务必按此考虑，尤其对于山地中多层尤其是高层建筑，地震影响系数的修正就对结算结果起到极大的作用，在设计中不可以忽视。

再对7度区的山地地震影响系数做修正。假设直接取影响系数的放大系数为λ=1.6，则相应修正的地震影响系数最大值为αmax’=λxαmax=1.6x0.08=0.128，这里我们会发现这个常遇地震的影响系数已经超过7度半即设计基本地震加速度为0.15g时的地震影响系数0.12。

因此可知对7度及7度以上地区的山地建筑中地震影响系数的调整有很大意义，若忽略此项，安全隐患巨大，设计中务必认真考虑。

3山地别墅风荷载

风荷载是建筑物的主要横向荷载之一，风荷载的计算务必准确，考虑周密，防止随意放大带来建筑造价的增加或者未做足够储备导致的安全隐患。

对于山区的建筑物，风压高度变化系数可按平坦地面的粗糙度类别，由规范GB50009-2001表7.2.1确定外，还应考虑地形条件的修正，修正系数η分别按下述规定采用：对于建筑物的山坡以及山峰而言，点 B处的修正公式为：

图1.山地示意图

ηB=[1+ktanα(1-Z/2.5H)]2

式中ηB——修正系数；

tanα——山坡迎风面坡度；tanα的取值不大于0.3；

k——系数，山峰时取值为3.2，山坡时取值为1.4；

H——山体高度；

Z——建筑物测量点距离基准面的距离；Z的取值不大于2.5H。

对于山地其他部位，如图1所示，ηA、ηc分别为A、C的修正系数值取1，AB、BC间的修正系数根据η的线性插值来确定。当建筑物建筑位置处于盆地、谷地等地形时，修正值η可以取0.75～0.85；当建筑物位于谷口、山口，且与风向一致时 η可以取1.20～1.50。

对本工程，别墅基本位于山顶，其中k=3.2（本区块的别墅均在山顶，故按3.2取值）；tanα=0.3；H=15米（山体高度）；分别以Z等于0和6米进行计算，代入计算：

Z=0时，ηB,0=[1+3.2x0.3x(1-0/2.5x15)]2=3.84,

Z=6时，ηB,6=[1+3.2x0.3x(1-6/2.5x15)]2=3.26,

风荷载标准值公式（ ）中其他因子相对于平地建筑不会变化，因此只需将基本风压乘以高度变化系数的修正系数作为山地地区的基本风压修正值W0’，以此作为和平地地区基本风压的比较。

为电算方便，我们取ηB,0和ηB,6的中间值作为建筑物的修正系数，即取:

η=（ηB,0+ηB,6）/2=3.55

故基本风压直接以该处的地形修正系数η后，即：

山地地区修正的基本风压为：W0’= W0*η=0.45x3.55=1.60KPa

这里我们看到调整后的山包上基本风压为1.60KPa，而普通地面的基本风压仅为0.45KPa,两者相差悬殊，如果未按此要求设计，得出来的计算结果应该很不安全，这也是山地别墅在设计中应该重点注意的问题。

在本工程中，笔者分别按两种风压对单体建筑做了电算对比，混凝土构件配筋局部简图对比结果具体如图2所示：

图2 基本风压修正前后配筋简图

通过以上结果显示，大部分梁的配筋还是有明显的区别，风压调整修正后，其电算的梁钢筋明显大很多，梁的钢筋要增加15%~30%左右，此处若没有认真考虑此项问题，其安全隐患是非常大的，由此问题引起梁的开裂或者梁承载能力的不足是显而易见的。因此结构设计师在设计此类别墅时务必认真对待此问题，不可大意。

4地基与基础的设计问题

基础原则上根据填土及开挖后形成的情况分别采用独立基础(及墩基础)和人工挖孔桩基础等型式。但在山地建筑设计中应务必注意基础抗滑、侧土压力等问题，设计中严格对照地质报告，仔细分析,重点注意保证桩入持力层深度以及浅基础入岩深度，以利建筑物抗滑。个别位置如果侧边土压力较大，可适当考虑采用斜桩抗滑[2]。

在设计基础时，要注意以下问题：

1）新近填土的负摩阻力的考虑：

所有填土均为近期新近素填土，时间不足2年，填土时松散、未夯实，存在负摩阻的问题。中性点深度考虑到强风化岩石层表面。（负摩阻力就考虑填土层。）

桩侧负摩阻力标准值

其中：为负摩阻力系数，填土现状基本为沙质土，极为松散，此处取为0.5，σ--桩周土平均竖向有效应力，

σ=

其中素填土容重γ按18KN/m3考虑，填土深度z按桩顶标高至3-1层土顶标高计算。

桩侧负摩阻力标准值=0.5x1/2x18xz=4.5z

此处按挖孔桩直径为800mm考虑，则下拉荷载

=x=x4.5 z=3.14x0.8x4.5 x z=11.3z

验算：假设Z取10米，则有下拉荷载=11.3x10=113KN，一般填土均较少，厚度基本在5米以下，可知下拉荷载较小，若采用大直径挖孔桩基础的位置，该下拉荷载可以忽略。

2）基础设计中的部分方法：

对于山地地基，因为其持力层的倾斜，建筑物在一幢单体内的基础可能就有独立基础、墩基础或者墩基础和桩基础等联合存在的型式，这时设计务必参考地质报告仔细思考，同时将各基础型式都给予设计，在现场施工配合中务必再结合实际情况与勘察设计院同仁一起思考设计选型。

同时注意，选用桩基础时，因为有些柱下荷载极小，设计中可采用挑、抬等方法，用地梁承担荷载，将该柱下荷载传递至其他位置的桩上，其实因为柱下荷载极小，地梁截面和配筋并不会很大，反而相应减小了桩的数量，使得造价大大降低。

结语：

本文结合作者本人近期设计的浙北某山地别墅结构设计，重点对山地别墅风荷载计算、地震影响系数调整以及地基基础设计选型和注意事项予以说明和讨论，以防设计中考虑因素缺项而带来的设计隐患，造成社会影响和人员生命或财产的损失。

参考文献

[1]中华人民共和国国家标准.建筑结构荷载规范GB5009—2001[S].第一版.北京：中国建筑工业出版社,2001

[2]中国建筑科学研究院主编. 建筑地基基础设计规范GB50007—2002[S].北京：中国建筑工业出版社，2002.

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。