关于山地建筑结构设计分析以大万山岛锦塘湾度假酒店项目为例

郭鼎中

珠海华发城市运营投资控股有限公司 珠海 519000

摘要：随着我国经济的快速发展，山地建筑设计已经成为顺应时代发展的趋势，能有效缓解土地资源紧张问题，值得全面推广。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。本文将根据实际的工程项目，来对山地建筑结构设计中的相关问题及要点进行详细的分析，以供相关人士参考。

前言

近年来，国内土地资源稀缺状况日益严重，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。“与常规建筑结构不同，山地建筑结构形式必须与复杂的地形相适应，导致其基础不等高、竖向或平面不规则，使得工程地震动输入、地基基础处理、结构性能和设计方法等方面有着诸多独特的特点，适用于常规建筑结构的设计理论、经验、抗震性能控制指标和抗震措施等在山地建筑结构设计中均难以直接应用。”——中国工程院院士，重庆大学原校长周绪红。这说明了常规建筑结构的设计规范难以直接套用在山地建筑结构之上。山地受自身特点限制，其结构设计与平原地区的差异较大，建筑设计中需要充分注重前期山地地块的合理选取，一般房屋建筑的坡度需要小于8%，并进行充分全面的前期勘察，保证对周边自然环境资料全面掌握后方可进行后期结构设计，尽量利用原有自然资源条件，从地形、结构、科学规划等角度出发进行道路、设施等方面的设计。并充分注重业主的实际需求和功能使用等，加强对公共服务、公共设施的合理设计利用。

1项目概况

珠海市大万山岛锦塘湾度假酒店项目位于珠海市香洲区大万山岛西北部锦塘湾，大万山岛属于独立岛屿， 与周边岛屿之间主要通过码头相连，场地基本为海岸线、自然山地和坡地，场地坡度较大，覆盖自然植 被及岩石，场地西侧有一条连通现有码头的简易公路及观景台。 项目用地面积65730.78㎡，容积率0.8，建筑密度≤40%，绿地率≥20%。总建筑面积约62390㎡，其中 计容建筑面积约52590㎡，不计容建筑面积暂定为9800㎡。建筑功能为酒店及其配套设施等。项目西侧 主要为别墅型度假酒店，东侧为普通度假酒店及其配套功能，别墅面积约5千平方米，酒店及配套面积 4.6万平方米；总建筑面积约5.1万平方米。本项目建筑均为多层建筑。 建筑总图及典型剖面图如图1~2所示。

图2 典型剖面图

2结构设计

本工程结构的设计基准期为50年，设计使用年限50年。建筑结构安全等级为二级，结构重要性系数为1.0。 根据《建筑工程抗震设防分类标准》GB50223-2008第6.0.5条和第6.0.11条，本项目结构的抗震设 防分类为标准设防类。 根据《建筑抗震设计规范》GB50011-2010（2016年版）附录A，本项目建设所在地珠海市抗震设 防烈度7度，设计基本地震加速度值为0.10g，设计地震分组为第二组。根据《建筑结构荷载规范》，本项目50年一遇的基本风压为0.80kN/m2，场地粗糙度类别取为A类， 体形系数为1.4。

3结构设计重点、难点以及应对措施

通过对现有建筑方案的理解，本项目为海岛上的山地结构，结构设计主要有以下设计特点、重点和难点 问题需要注意：

（1）山地结构问题

根据目前建筑方案，本项目位于海岛之上，依山而建，各单体随着盘山道路分布。设计中会出现吊脚结 构与掉层结构，如图3、4所示。

图3吊脚结构 图4掉层结构

由于建筑物依山而建，也会出现建筑结构与边坡支护结构相互影响的情况。如图5

图5结构与边皮结构示意图

针对山地结构的实际情况，设计时建议参考山地结构设计经验丰富的重庆市相关规范，并采取以下措施进行处理： 1）避免大挖大填，尽量依山就势，必要时采取结构架空处理。 2）进行地质灾害危险性评估，规避不良地质区域，根据评估结果进行设计。 3）竖向设计避免一级高差过大的分阶，采取多次分级消化高差。 4）建筑物不宜截断原有山地地表及地下水天然通道。 5）边坡的坡面硬化或绿化，防止雨水冲刷导致水土流失甚至崩塌。 6）避免建筑物架空层下方的填土流失导致的周边场地、路面沉陷。 7）大面积深厚填方区应设排水盲沟，避免填方浸水软化形成整体滑坡。 8）填方区应同时注意地表截排水、地表硬化、土体加固，地下水泄排等措施。 9）建筑基础造型要重点考虑水土侧推力、地基稳定、相邻基础相互影响、施工可行性等方面问题。 10）建筑物如需要穿越边坡可能的滑动面，应避免对相邻基础的应力重叠影响，宜优先选用施工适应性 强、水平承载力大的灌注桩基础。 11）应勘探分析山体存在的岩土薄弱滑动面、天然稳定坡角等，基础端部应穿越以上界面；基础应对滑 动界面以上的土体进行抗滑抗推设计；基础应考虑土体倾覆弯矩引起的附加拉压力。 12）相邻多级台地应进行整体稳定性验算。 13）对于全埋式地下室，原则上可采取地表硬化并截排水，地下疏水层自重排水的方案，释放山地建筑 地下室水浮力。有条件时，进行地下水渗流分析，确定疏水层及排水盲沟设计。临近山体一侧的地下室 底板及侧壁，即使采取了疏排水设计，仍应根据渗流分析的不利结果，考虑一定的抗浮水头进行抗浮设 计。 14）结构扭转位移比可根据平动位移的情况大幅放松，改为控制平面扭转角。 15）结构布置上加强高吊脚部分的水平刚度，减少上下接地端的水平刚度差异。 16）加强分担计算水平力较多的上接地端竖向构件延性；放大（放大系数1.1以上）分担计算水平力较 少的下接地端竖向构件水平力；加强相应楼盖。 17）吊脚结构主体结构高度自最低点算起，掉层结构主体结构高度可按大多数竖向构件（80%）的嵌固 端算起。 18）风荷载应根据荷载规范考虑地形条件的修正。 19）地震作用应符合抗规及高规的规定，不利地段应考虑地震影响系数最大值的放大（1.1~1.6）。

（2）对于边坡支挡结构，由于山地建筑结构的安全性受到边坡稳定性的影响，国内之前已经发生过多起因滑坡、泥石流、危岩崩塌、滚石、落石等引起的房屋倒塌事故。为了避免施工时诱发地质灾害，故不应进行大开挖和深填方，确保建筑物的安全并节约投资。可采取如下措施： 1）原则上建筑物只挡开挖肥槽内的回填土，不挡山体边坡的土压力：即山体边坡必须自稳，不利用建 筑物水平抗力富余。 2）山体边坡的设计应根据主体结构的要求来考虑允许变形。 3）建筑物支挡回填土的高度不宜过高，一般别墅2m以内，多层2~3m，整体计算时应考虑填土荷载对 主体结构的不利影响。4）填方区应做好地表硬化及排水，填土内应设排水盲沟，减少填土泡水对岩土参数及侧压力不利 影响、 5）可考虑采用填土自平衡的卸压设计。同时主体结构基础、挡土墙基础、设备管沟基础、园林构筑物基 础应进行水平及竖向的协调，保证空间上的规避。施工组织上应通盘考虑，避免工作面打架基至返工及 成品损坏。填土区室外机电管线宜采用主体结构外挂的方式，避免填土沉陷的不利影响，也避免与园林基础的冲突。（2）海岛水土腐蚀，建筑海岸、海风环境类别问题 本项目未有勘察资料，后续设计中将根据勘察报告中水土腐蚀性等级对混凝土及钢筋采取相应的防 腐蚀措施。 同时本项目位于海岸边，根据规范，属于海风、海风环境类别，设计时应根据混凝土结构设计规范 及混凝土结构耐久性设计规范采取相应措施。

4结构体系选型

从现有初步建筑资料的平面关系、竖向关系、造型关系的初步分析，本项目在结构设计上主要为吊脚结构、掉层结构等需要重点关注的问题。结构设计中，将以建筑平面、竖向交通联系、建筑立面、建筑造型等为基本切入点，结合结构竖向承载、水平抗侧力体系的合理性、经济性及可实施等基本原则， 通过多层次方案比选来确定综合效益最高的结构方案。 山地建筑结构由于先天的不规则性，扭转效应明显，因此设计时应尽可能合理布置结构，减小扭转的不利影响。对于掉层结构，当多数抗侧力构件位于上接地端时，可加强连接掉层部分与上接地端的上接地端楼盖;当多数抗侧力构件位于下接地端时，可不设置掉层与上接地端的连接楼盖，上接地端竖向构 件底部可采用滑动支座；其他情况时，可采用调整构件截面及增减剪力墙布置等措施。对于吊脚结构，吊脚部分竖向构件的刚度分布宜尽可能均匀，以减小扭转效应。由于掉层高度越大，掉层结构不规则性越显著，且边坡稳定性更难控制，边坡治理难度更大。故设计时应控制掉层结构掉层部分允许的最大高度。

（1）单体结构选型

各单体均为多层结构，拟采用钢筋混凝土框架结构体系。根据建筑功能，沿建筑外围及内部合适的 位置设置框架柱。楼盖结构采用普通钢筋混凝土主次梁结构，为保证尽量大的楼层净空，梁高为 400~600mm。首层板厚120~150mm，普通楼层板厚100～110mm，屋面层板厚120mm，局部根据 需要进行调整。柱截面根据建筑功能要求可采用普通矩形截面柱或异形柱，异形柱截面肢宽不大于墙宽。 以上为估算截面，最终的截面大小以实际跨度、荷载大小、受荷面积下的计算需要为准。

（2）地下部分结构选型

地下室采用钢筋混凝土框架结构。混凝土柱截面500x500～700x700。地下室底板采用现浇钢筋混凝土平板，地下室顶板采用现浇钢筋混凝土梁板体系，上部结构范围的板厚取150～ 180mm，纯地下室 顶板采用框架梁+加腋大板的形式，板厚300mm。

（3）结构分缝问题

对于场地北侧6层的客房建筑，如长宽比大于6，并考虑山地结构掉层结构最大掉层高度限制，在合适的位置建议进行分缝处理，减小扭转的不利影响。对于地下部分，考虑到地下室结构建成投入使用后，其温度变化较小，结构温度效应较小，重点 是解决施工阶段的水化热和收缩问题。目前通过施工缝、跳仓等成熟的施工方法已可解决施工阶段问题。因此，在设计上地下室部分考虑按不分缝设计。

（4）结构分析设计

在结构分析设计上，将采用PKPM或YJK对结构进行整体性能分析。具体设计中，通过结构方案的比选选型和优化，采取合理的技术措施后，实现结构与建筑等各专业的高度统一，确保结构在抗震、竖向承载力等设计指标在规范合理的范围内。

5基础、基坑支护选型及抗浮设计

由于未有对应场地勘察资料，目前阶段的基础方案主要基于结构特点及珠海地区类似工程经验。 依据有关规范的要求，由于可能存在高边坡，此范围内的基础设计等级建议为甲级。各单体为多层结构，本项目在海岛上，综合临近类似项目情况，强风化层及中风化层埋深较浅，一般情况下可采用独立基础。如设计中需要穿越边坡可能的滑动面，则需采用灌注桩基础。 全埋式地下室存在抗浮问题，基岩较浅时，考虑筏板或独立基础+防水底板的形式。地下室底板拟考虑采用整体平板式结构，方便施工及减少基坑开挖工程量。具体的实施方案需根据勘察结果最终确定。 单体设有1层地下室，开挖深度约为6m。基坑周围现状无现有建筑，不存在重要管线，建议基坑 安全等级按三级考虑，重要性系数建议取1.0。 基坑周围空旷，地质条件较好，拟采用坡率法的支护措施。 基坑降水：根据拟建场地水文地质条件，在基坑开挖及地基基础施工时，在基坑内设置明沟与集 水井直接排水。排水时应设置明沟导流，防止水体在排泄过程中渗入上部土层，影响土体的稳定性。

基坑开挖与基础施工应注意的问题：（1）开挖过程中，对基坑支护结构及周边土体进行沉降和变形位移监测。（2）基坑开挖要分层、分段开挖，及时支护，严禁超挖。（3）在基坑开挖或基础施工时，基坑边缘3～5m范围内严禁超载，并对基坑周边地面进行硬化处 理，以防地表水和雨水渗漏，且保持周边排水通畅。（4）雨季施工时，要做好防洪排水措施，防止地表水或管道水涌入基坑。（5）若需要进一步探明基坑地质情况，建议进行专项的基坑勘察。

6结束语

综上所述，山体建筑设计的发展历史较长，得到了社会大众的认可，可充分缓解土地资源紧张的状况。设计期间，相关作业人员需要充分考虑当地地形地势的特点，保证大众需求的基础之上进行尽可能少的人工开发，实现周边生态环境的充分保护。结合山地地形地势等进行合理科学的分析设计，是保证后期使用功能、安全管理的基础。

参考文献：

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