山地建筑结构的震害特点及抗震设计探讨

山地建筑结构的震害特点及抗震设计探讨

摘要：随着我国土地的不断被开发以及人们对于居住环境的要求越来越高，各个城市的郊区也纳入了住宅规划之中。而坡地建筑的结构底部构件并不能同一水平面上，呈现不规则形式，对结构抗震不利。因此，结构设计工程师并不能以简单的平地建筑结构设计的思维进行设计。本文主要对山地建筑结构的震害特点及抗震设计进行探索，供同行借鉴参考。

关键词：山地建筑；平地建筑；特点；抗震设计

一、山地建筑结构的界定与震害特点

山地建筑结构主要有以下两种类型，即吊脚结构和掉（错）层，见图1：

图1 山地建筑结构的主要类型

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；

二、山地建筑与平地建筑结构抗震设计的差异

（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）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。

（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。

（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。

（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。（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。

（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。

三、山地建筑结构设计实际工程中若干细节问题的处理

某工程项目坡地带，呈现台阶状地势。该项目建设联排别墅，花园洋房，普

通商品房，地下车库等。

（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。

（2）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