山地建筑结构设计探析

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【摘要】在当前社会土地资源愈来愈稀缺的背景下，开发山地是非常有必要的，我国近年来涌现出了越来越多的山地建筑，这就是对山地进行开发的结果。建筑的结构设计直接关系着最终建筑质量，尤其是对于山地建筑来说，其对结构设计的要求更高。山地建筑结构设计不仅要满足人们对建筑质量和建筑功能的需求，更要同时注重对山地的生态环境进行保护。本文以烟台铺拉谷酒庄工程为例分析了山地建筑结构设计的要点，希望对建筑业的发展有所助益。

【关键词】山地建筑；建筑结构；结构设计

由于山地自身的特性，导致对山地建筑结构设计与平原地区的建筑结构设计具有一定的差异。在进行山地建筑结构设计之前首先要选择适合的山地地块，通常情况下，适合建造房屋建筑的山地坡度要不小于8%，确定地块之后要结合该区域的自然条件进行设计，尽可能地合理利用自然条件，不随意改变原有地形结构，科学规划道路，并根据业主要求科学设计公共设施和公共服务建筑等[1]。以下笔者就以烟台铺拉谷酒庄工程为例，探讨山地建筑结构设计的要点。

一、建造山地建筑的意义

随着当代社会的发展和人口的急剧增长，土地资源越来越稀缺，为了节省城市土地资源，人们将目光放到了山地区域上面，于是越来越多的山地建筑工程项目被提上了日程。建造山地建筑，可以有效扩展人们的居住空间，节约土地资源，同时山地环境还有利于让人们舒缓心情、释放压力，所以建造山地建筑是现代人们的必然需求。根据调查研究显示，开发山地资源、建造山地建筑一来可以适应社会经济发展，二来能够适应现代建筑功能，三来能够有效节约成本，四来具有现代技术保障，所以建造山地建筑是可行的，更是意义重大的[2]。

二、山地建筑工程概况

1、工程概况

以烟台铺拉谷酒庄工程为例：本工程一期共15个单体酒庄，位于烟台市莱山区，5号酒庄建筑高度为21.90m，建筑面积为4486.19m2，地下二层为葡萄酒作坊展示、品酒厅，地下一层为中餐厅，一层为大堂、客房；二、三层为客房、休闲吧；建筑的基础形式为独立基础，采用天然地基，结构类型为掉层框架结构。

2、地层结构及承载力

根据实地勘察显示，烟台铺拉谷酒庄工程位于山谷冲沟中，场地地形起伏较大，场区地貌类型属山谷冲沟。素填土层结构松散，分布于场区5号、6号楼沟底地带，颜色为褐黄色，主要由粘性土角砾、风化岩石碎块、碎屑等组成；5号楼厚度一般为0.50-4.90m，6号楼厚度一般为0.50-1.80m。强风化花岗岩层厚度一般为5.00-10.00m，场区分布较广泛，颜色为褐黄色，巨斑中粒结构，块状构造，主要矿物成份为石英、长石、角闪石等，矿物蚀变强烈，风化裂隙很发育，裂隙面多氧化物渲染，呈粗砂状，手搓易散；岩体属极破碎的软岩，岩体基本质量等级为V级。

三、山地建筑结构设计要点

1、结构类型选择

目前比较常见的山地建筑结构类型主要有吊脚结构和掉层结构这两类，在实际山地建筑结构设计过程中，基本都是运用这两类结构或者其衍生结构类型。

2、抗震设计

对于山地建筑而言，其结构设计中的抗震设计一般是通过概念设计、计算及构造措施这三方面来实现的。其中，概念设计指的是对山地建筑结构的整体抗震性能进行总体把控，一般是通过控制山地建筑结构的高度、高宽比、平面及竖向规则性等方面来实现，而平面和竖向规则性则通常是通过对刚度比、强度比以及扭转效应等指标进行控制来实现的。在对这些指标进行实际计算时通常会存在两点问题：第一是如何按照实际计算，第二是计算结果是否适应山地建筑结构特点。在这方面，目前建筑界大多只考虑常规地形下对指标的控制，而对山地建筑的考虑较少。为了加强山地建筑的抗震设计，必须要在对常规地形下建筑指标控制的基础上结合山地建筑结构的特点进行修正。具体来说，在山地建筑的抗震设计中主要应考虑以下问题：①在概念设计中，首先需要考虑如何确定结构高度界定中的起算点（取最高接地点、最低接地点、还是平均值？），一般建筑设计要求从较低一侧的室外地面起算，但其是否对多层吊脚结构和掉层结构同样适用还需进一步讨论；笔者建议按重庆地区相关规范[3]对山地建筑高度的界定中增加一个补充限值条件，即以不大于主要竖向构件的实际高度为宜。其次需要考虑如何合理选取结构嵌固端，由于山地建筑结构的特点是其底部约束不在同一水平面上，所以其嵌固点也应当根据实际而选择不同的高度。②在抗震力计算中，必须要模拟出真实的地震力作用。由于山地建筑结构要与地形环境相适应，所以容易形成单侧、两侧或三侧带约束的地下室，而约束边的土层性质往往直接影响着其在地震作用下的受力特点，对此还需进一步完善现有结构计算软件的适应性。③在抗震构造上，由于山地建筑结构的抗震性能需要具有独特的特点，所以应当在常规抗震规范的基础上根据山地建筑结构的实际抗震性能特点适当增加一部分内容，并对薄弱环节进行有针对性的加强。

3、边坡支护方案选择

比较常见的边坡支护方案有：①放坡：放坡的特点是开挖造价成本较低，往往是建筑工程的首选边坡支护方案；②喷锚支护：喷锚支护的造价也比较低，其是一种依靠喷射混凝土、钢筋网、锚杆与土体共同作用的支护体系；③重力式挡土墙：重力式挡墙分为多种类型，主要有直立式、仰斜式、俯斜式、悬臂式及衡重式等，其中直立式受力最为经济合理，仰斜式的优势是占地面积较小，而衡重式则比较适用于那些高差较大的位置；④钢筋混凝土挡土墙：由于钢筋混凝土挡土墙是与建筑的结构主体一起参与工作和抗震计算的，所以在设计中需要重点考虑土推力对结构主体的影响。结合烟台铺拉谷酒庄工程的实际情况对以上几种边坡支护方案进行综合分析和考虑，笔者认为该工程主楼以外的场地高差可以采用放坡支护方案或喷锚支护方案；多层框架结构的主楼应当采用重力式挡土墙支护结构，并且为了避免土推力对结构主体产生较大影响，挡土墙要与建筑结构的主体完全脱开；柱网的间距较小，可以采用仰斜式重力式挡土墙支护结构；而高层由于是剪力墙结构，所以适宜采用钢筋混凝土挡土墙[4]。

4、基础和基础深埋选型

烟台铺拉谷酒庄工程的场地土质、主楼区及单层地下室均采用独立基础，由于场地的高差变化相对较大，所以基础底标高应当在不同高度上，并且要控制好相邻基础的底间距与高差，保证二者之间的关系满足D/H＞1[5]。高层部分的基础可以选择钢筋混凝土筏板，这种材质的基础整体型强、刚度高，能够充分发挥出地基承载力，有效调节不均匀沉降问题，并且比较经济。建筑工程的基础埋置深度通常是取决于建筑本身的高度和地下室的层高和层数，由于山地建筑的特殊性，其基础埋深和计算高度往往是由室外最低点算起。基础可以按照埋深要求分段设置不同的标高，计算时应当综合考虑土压力传递的不平衡性，尽量增强其整体性。

5、接地形态设计

山地建筑有其独有的特殊性，对其不定基面的设计要注重灵活性，尤其要对建筑出口进行合理设计。建筑的不定基面一是指建筑的入口层面，二是指建筑室外空间所产生的建筑层面。而建筑底面则是指建筑与基底之间的接触面[6]。由于山地建筑自身的特点，导致其底面偶尔会与基面之间出现分离现象，再者也可能会同时出现多个基面。烟台铺拉谷酒庄工程可以采用不定基面的设计原理，将一、二层的出入口与三层以上的出入口设置在不同面，并充分利用电梯实现爬山和退台功能。

结语

综上所述，目前山地建筑在我国已经有了较大的发展，在建造山地建筑时，必须要根据山地的地形特点，充分利用山地区域的环境条件，对山地建筑结构进行科学合理的设计，将建筑与地势有机结合，以满足人们对建筑的需要。

参考文献

[1]吴帅,谭方.山地建筑结构设计探讨[J].建筑结构,2013,11:38-41.

[2]林滨晖.山地建筑结构设计的几点探讨[J].门窗,2014,07:237-238.

[3]DB50/5019—2001重庆市住宅建筑结构设计规范[S].重庆:重庆大学出版社.

[4]瞿淼鑫.某坡屋顶山地建筑的结构设计[J].四川建材,2015,02:65-67.

[5]陈硕.浅谈山地建筑结构设计[J].建材与装饰,2015,45:117-118.

[6]杨凤梅.山地城市在结构设计上的一些建议[J].四川建筑,2014，04:182-183.

作者：张灵燕 刘松 单位：中建三局第二建设工程有限责任公司山东建筑设计院 山东圣凯建筑设计咨询有限公司