文/张磊 北京首都工程建筑设计有限公司 北京 100089

山地建筑结构抗震设计研究

文/张磊 北京首都工程建筑设计有限公司 北京 100089

随着人们对人居环境要求的提高，与山地地形相结合的山地建筑越来越多的出现在城市郊区的住宅规划中。但是这种在坡地上底部构件约束部位不在同一水平面上且不能简化为同一水平面上的结构形式，常常伴随着平面或竖向不规则等导致结构抗震不利的情况出现，这时结构设计者不能以简单的平地建筑结构设计的思维来进行概念设计和具体的施工图设计，而应对山地建筑结构的地震响应复杂性给予特别的重视。

山地建筑；平地建筑；洋房；别墅；复杂性；抗震不利

0 概述

现阶段，针对山地建筑结构抗震设计的规范很匮乏，这就需要我们设计人在实际工程中总结经验和教训，不断的完善山地建筑结构设计时计算和构造方面的处理办法，增强实际工程应用的可操作性。

1 山地建筑结构的震害特点

1.1 山地建筑结构的类型界定

山地建筑结构的主要类型，《重庆市住宅建筑结构设计规范》中给出了界定，有吊脚结构和掉（错）层结构两种类型。见下图。

1.2 山地建筑结构的震害特点

5·12汶川地震后，诸多结构专家深入灾区现场调研，对典型山地建筑震害特点进行分析例证，为后续的这种特殊建筑类型的抗震设计工作提供了宝贵的经验和启示。

山地建筑结构的震害特点主要包括以下几点：

(1) 架空层形成柔弱底层而严重破坏；

(2) 采用长短不同柱将坡地架空，短柱易发生剪切破坏；

(3) 采用桩柱混合体系将坡地架空，桩基础易发生破坏；

(4) 错层处楼梯柱、楼梯板破坏严重；

(5) 陡坎边缘地带建筑物震害较重等。

山地建筑结构抗震设计经验和启示：

(1) 选择建筑场地时应尽量避开不稳定的边坡和陡坎；

(2) 山地建筑结构的抗震性能需要严格的构造措施和施工质量给予保证；

(3) 山地建筑结构架空层易形成柔弱底层，对于不等高柱架空，建议从概念设计上考虑和采取必要的抗震构造措施，尽量避免短柱和上刚下柔；

(4) 由于山地建筑结构竖向刚度不规则，扭转效应明显，建议设计时底部加强；

(5) 山地建筑架空层常会为了设计和施工方便，直接把桩基础伸出地面当柱使用，由于其抗弯和抗剪都较弱，出地面的桩身容易发生破坏，建议设计时勿用桩代替柱，如代替柱，桩应按柱设计；

2 山地建筑与平地建筑结构抗震设计的差异

2.1 房屋建筑高度的确定

房屋的总高度是指起算地面到主要屋面板板顶或檐口的高度。

（1）平地建筑，起算地面一般指室外地面，半地下室时指地下室室内地面，全地下室和嵌固条件好的半地下室指室外地面。

（2）坡地建筑，起算地面指较低一侧的室外地面。

2.2 结构计算嵌固端的选择

（1）平地建筑，无地下室的结构，可取独立基础或筏板基础底为计算嵌固端，有地下室的结构，地下室顶板作为结构嵌固端时应满足规范对于计算嵌固端下一层与上一层比值的要求，《抗规》中6.1.14条及《高规》5.3.7条中都有规定。

（2）坡地建筑，掉层结构当下接地部分面积小于上层面积的15%时或上下接地位置高差小于1/2层高时，嵌固端可视为同高；当嵌固端选为上接地位置时，下部结构与上部对应部分的侧向刚度比值不应小于2；当嵌固端选在不同高度位置时，宜优先采取独立设计的挡土结构，保证上接地部位坡地的稳定性。

2.3 风压高度起算点的确定

(1) 平地建筑，风荷载计算中高度的起算点为建筑室外地坪。

(2)坡地建筑，风荷载计算中高度的起算点宜取为建筑较低一侧的室外地面；考虑地形条件的风压高度变化系数的修正按现行国家标准《建筑结构荷载规范》GB50009采用。

2.4 关于地震动作用的放大

（1）平地建筑，无地震动放大的要求。

（2）坡地建筑，按照《建筑抗震设计规范》GB50011-2010第4.1.8条规定，水平地震影响系数最大值应乘以增大系数。

2.5 结构楼层的侧向刚度问题

（1）平地建筑，应满足《抗规》和《高规》对相应结构形式的具体要求。

（2）坡地建筑，除应足《抗规》和《高规》对相应结构形式的具体要求外，尚应符合下列规定：

a.对吊脚建筑结构，应验算建筑底层以下吊脚部分的等效侧向刚度，其值与上部若干层的等效侧向刚度之比宜接近于1，非抗震设计时不应小于0.5，抗震设计时不应小于0.8。验算时，吊脚部分的高度可取为最大和最小吊脚高度的平均值，上部若干层结构的验算高度接近且不大于该平均值。

b.对掉层建筑，应验算上接地层及以下部分的等效侧向刚度，其值与上部结构若干层的等效侧向刚度之比宜接近于1，非抗震设计时不应小于0.5，抗震设计时不应小于0.8。验算时，上接地层及以下部分的等效高度可按各竖向构架的侧向刚度进行加权平均计算，上部若干层结构的验算高度接近且不大于该平均值。

2.6 结构楼层受剪承载力的问题

（1）平地建筑，应满足《抗规》和《高规》对相应结构形式的具体要求。

（2）坡地建筑，当为吊脚结构时，吊脚部分层间受剪承载力不宜小于其上层相应部位竖向构件的承载力之和；当为掉层结构时，掉层层间受剪承载力不宜小于其上层相应部位竖向构件的承载力之和。

2.7 关于地基基础形式的确定

（1）平地建筑，同一结构单元的基础不宜设置在截然不同的地基上，一般情况下，同一结构单元不宜部分采用天然地基部分采用桩基。当必须采用不同的基础形式时应采取必要的措施平衡不均匀沉降的产生。

（2）坡地建筑，岩石地基时可部分采用天然地基部分采用桩基，但应加强桩基刚度。由于岩石地基刚度大，一般可不考虑不均匀沉降带来的不利影响。

3 山地建筑结构设计实际工程中若干细节问题的处理

金地门头沟项目位于北京市门头沟区龙泉镇高家园村，场地位于山前缓坡地带，地势呈台阶状。该场地内建有会所，联排别墅，花园洋房，普通商品房，地下车库等，通过对该项目的设计工作，汇总如下。

3.1 本工程的显著特点是小区内道路标高较高，各主楼的±0.000的绝对高程要普遍高出现状地面，而现状地面表层杂填土土层较厚，这就使得即使带一层地下室的结构（假设地下室层高3.00m），满足建筑要求埋深的基础其底面（约为-3.50m）也很难落在有效的地基持力层上。

对于示范区各主楼，采用结构主体直接下落到地基持力层上的方法，即局部增加地下二层（结构层）或将独立基础直接下落到持力层。此方法无需提前进行地基处理工作，施工队可直接进场工作。

对于非示范区各主楼，采用的基础方案如下：

（1）花园洋房因层数较高属于高层建筑，天然地基承载力只有120kPa～140kPa，即使经过修正也基本不能满足承载力的要求，而且与车库相连的部分因车库基础较主楼基础要低，基本不能进行深度修正，所以对天然地基的承载能力更加不利，建议采用CFG桩进行地基处理。

（2）联排别墅因无地下室，根据详堪可酌情采用墙下条形基础，或采用筏板基础。采用墙下条形基础时，可仅在+0.00处做拉梁，不做楼板，建筑做地面做法。

当标高之差≥0，采用天然地基地基；

当-2米≤标高之差≤-2,5米，采用换填地基；

当标高之差≥-2.5米，采用CFG复合地基；

（3）公租房因层数较高属于高层建筑，天然地基承载力只有120kPa～140kPa，采用CFG桩进行地基处理。基底可浅埋，基底标高为-2.000，局部由于设备管线穿行基底需降板，基底与+0.00间回填土。

4 总结

首先，要进行整体大局的把控，搞清楚建筑总图中各主体及主体外建筑完成面的标高，明确支挡结构的位置及各子项的施工顺序。其次，对于各主体结构，需最先进行概念设计，了解山地建筑结构震害的特点，从而有针对性的对各局部环节进行加强。

[1] GB50011-2010建筑抗震设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2010年.

[2]GB50010-2010混凝土结构设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2010年.

研究方向：山地建筑结构抗震设计研究。

图十一 钢梁绝对挠度图(恒+活) (mm)

图十二 sap2000三维计算一层半处钢结构应力比图

因实际柱子两端是有位移和变形的，不是完全的固定支座，应该考虑结构的协同作用，故用sap2000空间三维建模计算，经计算应力比增大(如图十二)，位移也发生变化，但都在规范允许范围内。

目前该工程已建成两年，实践表明该结构形式合理，计算理论正确，对于工程实践有一定的指导意义。

悬挑结构形式多样，但大都从楼层处悬挑，半楼层处悬挑的结构介绍及研究尚不多见。随着人类对美感的追求越来越高，对结构形式的要求也越来越高。本文通过在楼层间加设与楼层梁铰接连接的钢柱，在钢柱中间段加设与钢柱刚接连接的悬挑钢梁的理论探讨及工程实践应用对于悬挑结构的研究及实际应用具有一定的参考意义。

张磊（1983.01），男，汉族，北京大兴，本科，职称：中级。北京首都工程建筑设计有限公司，