山地建筑结构设计实例精解：重庆武隆天尺坪景区
随着经济的发展引起了巨大的土地资源问题，平地的资源开发越来越多，所剩的平面资源不能满足人类生存和发展问题。因而向山地资源发展是人们不得不面对的问题。绿维文旅认为，加强山地开发、合理进行山地建设已经成为当下主要控制目标，而进行山地建筑结构设计将是拓展使用空间、节约土地资源的有效手段。重庆武隆天尺坪望仙崖景区项目是绿维文旅山地建筑的案例典范，贯穿从设计到建造的全环节！本文以该项目为例，对山地建筑结构设计要点进行精解。
按接地类型可分为吊脚结构、掉层结构等形式。按结构体系可分为山地框架结构、山地剪力墙结构、山地框架-剪力墙结构、山地筒体结构、山地砌体结构等。
重庆武隆天尺坪望仙崖景区项目
本项目位于重庆市武隆区，是以重庆市武隆县白马山的茶树茶源文化、自然生态文化、民族民俗文化为核心；以改善当地基础设施为基础，以特色农业产业为支撑，以创建茶文化旅游目的地和度假休闲养生基地为目标，所建设的文化休闲旅游景区。
项目总建筑面积为45200m2，规划建设有飞天小镇、白马仙街、野奢茶庄等建筑群。根据实地勘察显示，项目地块地形变化丰富，明显呈现出中间高四周低的山顶区域地形地貌特征，北侧为陡崖。纵观基地整体地形，高程最低点位于基地南部和西部，高程值小于950m，最高点位于基地中央，高程值大于1350m，地形最大高差超过400米。
项目自然条件：
场区由红粘土土层覆盖，厚度0.80～16.10m，呈硬塑～可塑状，分布不均；下伏基岩为二叠系上统吴家坪组（P3w）灰岩，强风化基岩厚度0.90～2.40m，厚度变化较大，均匀性较较差；中等风化基岩厚度大且连续稳定，地层倾角7°，基岩面起伏较小。承载力较高，均匀性较好。
根据重庆市高新工程勘察设计院有限公司提供的《重庆市武隆县武隆白马山天尺坪规划片区地质灾害危险性评估》，区域地质环境复杂程度定为复杂，评估级别为一级。区域内存在采空区诱发的岩溶塌陷、危岩、岩溶漏斗等不良地质现象，规划区均属岩溶区，总的来说区内不良地质现象发育。建筑群尽量避开地灾区及采空区的区域。
该场地抗震设防烈度为六度，基本地震加速度值0.05g，设计地震分组为第一组，场地类别为二类，特征周期为0.35s。建筑抗震设防类别标准设防类。 场地基本风压为0.4KN/m2 （50年重现期）,场地地面粗糙度为B类。
结构选型：
山地建筑是山地景观的一部分，一方面强化了山地自然景观，另一方面形成了人们在山地驻足，本身成为了最佳的观景点。
鉴于项目所在区域为山区建筑，本着结构形式既要从地质、建筑结构等方面确定，更要注意对区域内自然生态的保护来确定。尽量减少和缓解山体地表的运动势能，尽量保护山体地表的附着力。影响山体附着力的因素除了降水、寒暑变化外，就是人工对山体的不当开发破坏。
为了减少人工开发对自然环境的破坏，保持山体的稳定，根据岩层埋置的深浅，基础采用人工挖孔桩和嵌岩墩基础。一层采用架空形式，以保留原地形尽量少的不被破坏。
根据地质勘查报告显示，场区地表由厚度16米左右的红粘土土层覆盖，呈硬塑～可塑状，并且分布不均匀；下层为强风化灰岩层，岩层厚度0.90～2.40m，厚度变化大，不均匀；往下为厚度大且连续稳定的中等风化基岩层，地层倾角7°，基岩面起伏较小, 建筑层数不高，功能简单，荷载不大。结构形式采用钢筋混凝土框架结构和钢筋混凝土异形柱框架结构，基础采用人工挖孔桩基础及人工挖孔嵌岩墩基础，相邻桩基础之间及与墩基础之间的埋置深度满足岩石的刚性角要求。
环境挡墙宜与建筑的基础分开设置。当结构主体兼做支挡结构时，应考虑基础与上部结构的变形协调，在斜面或坡顶上建造的高层和重要的建筑物宜采用桩基础、适当降低坡高、减缓坡角等措施。
基础设计：
根据《建筑地基基础设计规范》要求，置于完整、较完整、较破碎岩体上的建筑物可仅进行地基承载力计算；当基岩面起伏较大，且都使用岩石地基时，同一建筑物可以使用多种基础形式。地勘显示场地持力层为基岩层，属于中风化灰岩，埋置深度有深有浅，根据地勘要求及对场地的分析，基岩埋置较深的采用人工挖孔桩，桩应满足入岩深度不小于一倍桩径；基岩埋置较浅或者裸露的基岩层，采用嵌岩墩基础。成孔简单，施工质量高，造价相对较低。
人工挖孔桩一定注意做好安全措施：做好桩护壁；桩护壁混凝土采用和桩砼等强度的混凝土强度等级，钢筋采用HRB400钢筋，相邻两节护壁之间采用钢筋相连；第一节深约一米，浇注混凝土护筒，往下施工时以每节作为一个施工循环（即挖好每节后浇注混凝土护壁）。施工应该保证相邻基础间的刚性角满足规范要求的45度，以避免发生山体滑移。
结构计算：
结构计算采用中国建筑科学院PKPM2010年V3.2版进行计算分析，对于柱底标高不一致，确定一层层高问题，需要慎重确定，一定保证柱子长细比，不能出现结构柱变形过大的情况。需要采用不等高基础建模计算。
（1）方法一：
1、将错层柱设在建模第二层，定义与基础相连的最大楼层号为2，按有一层地下室生成SATWE几何数据；
2、进入查看几何数据文件STRU.SAT窗口，修改2层与基础相连的节点标高，将层高改为高差；
3、再次数据检查（仅在执行“数据检查”前打钩）；
（2）方法二：
PMCAD建筑建模输入在错层柱底标高处增加一个标准层，分两层输入地下室，将错层柱设计在建模二层，定义与基础相连的最大楼层号为2，定义第一标准层的层高为2700，第二标准层的层高1200，定义第一标准层的板厚为0，按有一层地下室，直接生成几何数据。
但如果按方法一建模，然后进入SATWE修改构件长度系数窗口，将PM2错层柱x,y方向的计算长度放大等方法建模，此时改后对结构整体刚度无影响，仅是被调整的柱配筋加大，计算结果失真。对于这种结构，刚心会向短柱方向移动，通常会产生平面偏心，地震作用下会加大扭转效应，经过建模分析，我们可以看出，对于柱底不等高嵌固的结构，宜采取措施将错层柱嵌固点与地下室顶板取平，此时地震作用下扭转效应小，对抗震有力。同时若采用将错层柱建在第一标准层，然后进入几何数据文件中，将错层柱础的节点标高有0改为2.7，计算出来的结果也失真！可采用二者计算结果的配筋包络进行构件配筋，以达到建模与实际情况相符，更准确表达结构的实际情形。
坡屋顶采用上节点高确定屋脊高度，以满足计算模型与实际情况的切合度。
关键部位特殊对待
山地建筑结构的框架柱在各接地部位均为抗震性能控制的关键部位，为保障其抗震性能，对上述部位三级抗震时箍筋最大间距进行了适当加密，并对各接地层柱均要求全长加密。
将山地建筑结构关键部位原三、四级通长纵筋不少于2根直径12的设计规定提高到和一、二级一样，即不少于2根直径14；梁腰筋按转换梁要求，增加了间距和最小直径要求。适当加强楼盖结构的板厚和配筋构造要求，有利于将水平力传入地基，并能够提高结构的整体抗扭能力。
多层山地建筑结构考虑房屋高度确定时已偏严控制，所以多层山地建筑结构的抗震等级确定同普通钢筋混凝土房屋；对于高层山地建筑结构通过对接地部位楼层提高一级抗震等级，以适当提高薄弱部位的抗震性能。特一级时，可采取两个不同力学模型的软件进行对比分析，并采取对关键构件进行性能化设计等措施，以保证结构性能。
（1）山地建筑均依山而建，建筑师根据地势进行楼层和功能布置，势必造成依山半地下室，即4面中至少有1面没有被岩土遮挡（这里称有岩土遮挡的一面为迎坡面）
（2）山地建筑进行结构设计首先要避开地灾区，选址很重要；对于柱底标高相差较大的情况，需要进行层高调整，增加地梁，包络计算配筋，以免计算失真情况出现，精确分析计算结果的准确性；基础形式的选择，既要满足承载力要求，还要满足变形及抗滑的要求，不同于平地建筑结构的设计，尽量采用对原地形破坏小的基础形式，不增加山地地形的势能。
（3）山地建筑基础设计前应对场地稳定性进行评估，对不稳定的场地应采取措施保证坡体以上岩体和建筑物的稳定；虽然场地无滑坡和泥石流危险，由于基坑开挖对岩层的连续性和整体性可能被破坏，仍有整体失稳的可能，仍应采取必要的措施，加强上部建筑和岩体的整体性和稳定性。
（4）山地建筑由于建筑功能原因确实不能分缝设计时，除出现高低脚的多个嵌固层，应从概念上把握结构的整体安全性，并应对程序的计算结果进行必要的校核。
（5）按普通地下室设计依山地下室会导致结构刚心和质心严重偏离，造成结构扭转严重，同时会使地震力直接传递房屋中部，应采取“营造平地环境”的做法，使结构与坡地岩体分离。
（6）复杂坡地建筑结构采用多个程序进行计算，对于验证计算程序和模型的准确性和可靠性是必要的。
来源：旅建网
本文作者：李淑珍 国家一级注册结构工程师
原标题：【智库】山地建筑结构设计实例精解——重庆武隆天尺坪景区