构思结构《山地建筑结构设计标准》学习笔记（上）

2019.09.04，“构思结构”第一次推送；

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△  东山“清水园” 项目实景

?默认建筑工作室

摄影：张超

结构设计：大白  郑炜鋆

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       00    编制背景

 

 

大部分朋友可能不知道，我国是一个多山国家，山地面积约有666万平方公里，占国土总陆地面积的69%以上。

因此，国内的许多县镇不得不依山而建。

据调查，我国山地县级行政机构数量约占全部数量的 2/3，并蓄积了：

全国近1/3的人口与2/5的耕地。

由于山地建设的复杂性与困难性，一些多山的省份及自治区（如云南、贵州、西藏、新疆等），之前的城镇化率并不高。

与《国家新型城镇化规划(2014一2020)》提出的常住人口城镇化率60%的目标差距明显。

可以预见，在国家大力发展新型城镇化战略的背景下，山地城镇的建设需求依然巨大。

大白认为，结构工程师应对山地建筑结构的设计知识有所了解，其设计原则对常规建筑结构项目亦能有所指引。

那么，山地建筑结构设计与常规建筑结构设计有哪些不同？

中国工程院院士，重庆大学校长周绪红认为：

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。

这说明，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。

因此，行业内急需编制一本针对性强的标准来满足山地城镇的建设需求。

这就是已于2020年11月1号开始实施的：

《山地建筑结构设计标准》

本号讨论群的朋友第一时间分享了公开版本：

近期大白与不撸（a.k.a.李小龙）正在合作设计一个坡地学校项目。

利用五一节假期，阅读了部分章节与相关文献，摘录成学习笔记，分享给大家。

 

 

       01    适用范围及定义

 

 

该标准适用范围如下：

对于抗震设防烈度为9度的地区 不推荐使用 。

若无法避免时，应进行专门研究论证。

标准内对山地建筑结构的定义为：

建于坡地上，底部抗侧力构件的约束部位不在同一水平面上且 不能简化为同一水平面 时的结构。 

 

 

       02    结构类型

 

 

由于山地建筑的结构形态有别于常规结构，故必须先行了解其主要类型。

简化来说，山地建筑结构的主要形式有：

掉层、吊脚、附崖与连崖。

△  常见山地建筑结构类型

而实际工程应用中最常用的形式是：

掉层与吊脚结构。

各种结构形式的定义及关注要点如下：

一、掉层结构（图a）：

在同一结构单元内有 两个及以上不在同一水平面的嵌固端 ，且上接地端以下利用坡地高差设置楼层的结构体系。

考虑到掉层结构需对场地进行部分改造，故应特别注意：

高填方可能引起高边坡失稳的问题。

二、吊脚结构（图b）：

顺着坡地采用 长短不同的竖向构件形成的具有不等高约束 的结构体系。 

该结构方案能减少对边坡的扰动，但缺点是：

底部的不等高嵌固伴随着天生的平面和竖向不规则，且结构容易受到基础变形与岩土压力的影响。

三、附崖结构（图c）：

建筑贴附于陡峭崖壁之上， 与其紧密贴合并相连接 。

必须注意的是，目前附崖结构的研究仍不足，设计时可参考掉层结构的相关理念，并在抗震分析时重点考虑：

土—结构的相互作用影响。

四、连崖结构（图d）：

利用地形高差，将建筑出入口设置在建筑物中上部，并 通过 出入口结构将建筑物与崖体可靠连接 。

标准建议，连崖结构与崖壁之间的连接方式为：

滑动支座连接。 

实际工程运用中，还存在少量掉层和吊脚结构相组合的情况（如下图示意）。

对于此类结构，标准是允许采用的。

△  某山地结构计算模型

 

 

       03    细部及命名

 

 

山地建筑的结构布置特点鲜明， 理解其细部特征对读懂山地标准非常重要。

通过标准内的三张图，我们来熟悉下山地建筑的结构细部有哪些？以及是如何进行命名的？

△  吊脚结构

△  掉层结构

（设置上接地端楼盖）

△  掉层结构

（未设置上接地端楼盖）

1一上部结构；2一上接地层；3一吊脚部分；

4一各接地端； 5一首层楼盖；6一掉层部分；

7一上接地端；8一下接地端；

9一上接地端楼盖；10一上接地层楼盖

其中，掉层与吊脚结构共有的细部是： 

2—上接地层：

对掉层结构：上接地端所约束及连接的结构整体楼层。

对吊脚结构：底部第一使用楼层。 

而掉层结构所独有的细部是：

7—上接地端：

掉层结构中位于高处的嵌固端。

8—下接地端：

掉层结构中位于低处的嵌固端。

9一上接地端楼盖：

掉层结构中连接掉层部分与上接地竖向构件的楼盖。

10一上接地层楼盖：

掉层结构中上接地端以上第一层的楼盖。

 

 

       04    接地类型

 

 

山地建筑结构的接地类型，指的是：

结构嵌固端与地面或边坡的连接形式。

吊脚结构接地类型主要分为：

架空式和半架空式。

架空式的结构底部全部架空，竖向构件长度各不相同，如下图示意：

△  架空式吊脚结构

半架空式的部分竖向构件架空，部分起于上接地端，如下图示意：

△  半架空式吊脚结构

对于掉层结构而言，主要的接地类型为：

脱开式和连接式。

脱开式掉层结构在边坡处单独设置支挡结构，故边坡与主体结构可以完全脱开。

△  脱开式掉层结构

1一下接地层；2一下接地层；

3一岩土；4一与主体结构分离的支挡结构

又根据上接地端与掉层部分设置拉梁与否进一步细分为：

无拉梁脱开式和有拉梁脱开式。

连接式的主体结构兼做支挡结构，故边坡与主体结构不脱开。

△  连接式掉层结构

2一下接地层；3一岩土；

5一与主体结构相连的支挡结构；6一锚杆

按照支挡结构是否设置锚杆又分为：

无锚杆连接式和有锚杆连接式。

有锚杆连接式的主体结构与边坡紧密连接，结构设计中应注意：

边坡对主体的拉、压力。

 

 

       05    边坡稳定性

 

 

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。

△  岩体崩塌对建筑结构的破坏[2] 

标准3.1节的一般规定中，着重介绍了与边坡稳定性相关的规定条文，较为重要的条文有：

我国2004年实施的中华人民共和国国务院令第394号令——《地质灾害防治条例》中第二十一条规定：

在地质灾害易发区内进行工程建设应当在可行性研究阶段进行 地质灾害危险性评估 ，并将评估结果作为可行性研究报告的组成部分。

结合《地质灾害危险性评估规范》(DZ/T0286-2015)4.1.2条，地质灾害危险性评估的主要灾种包括：

滑坡、崩塌、泥石流、岩溶塌陷、采空塌陷、地裂缝、地面沉降等。

建议山地项目尽早进行地质灾害危险性评估，以确保适宜用作建设用地。

3.1.4条的条文说明中补充到：

基础设计时，宜放置在稳定的岩土层内，避开滑塌区域。

同时，要求对边坡应进行 稳定性评价 ，边坡支护应 专门设计 ，以保证其稳定性与严格控制边坡变形的目的。

动态设计的目的在于，根据现场实际情况及时对设计进行校核、修改和补充，避免实际情况与原设计方案不相符。

动态设计法可参见《建筑边坡工程技术规范》。

不应进行大开挖和深填方，主要是为了 避免 施工时诱发地质灾害 ，确保建筑物的安全并节约投资。

 

 

       06    结构方案及布置原则

 

 

标准认为，山地建筑结构设计的基本原则是：

因地制宜、尽量减少对环境的干扰。

建筑方案阶段应加强与结构专业的配合，重点研究：

结构布置与边坡支护的合理性。

结构体系可在以下范围进行选择：

特别需要注意的是，前期征求意见稿（下图）内写入的 钢结构体系 在正式文件中被删除。

大白猜测，可能是相关研究不够充分所导致的。

那项目一定要用钢结构怎么办？还需要进行专门论证？

限制高度差有利于：

降低结构不规则性，控制边坡稳定性，降低边坡治理难度。

实际项目边坡高度超过上述条文时，应进行详细的可行性技术论证。

当掉层结构的下接地端有全埋地下室时，应尽量选择地下室顶板作为嵌固端，此时高度差可取：

地下室顶面到上接地端的距离。

原则上，主体结构与边坡能脱开 建议尽量脱开 。

当不能脱开时，条文说明中给出了岩土静、动力与考虑罕遇地震作用的动土压力计算方法。

限制的目的，在于保证结构安全性。

3.3.2条的条文说明中给出了减少山地建筑结构扭转效应的具体方法，值得在具体项目中参考借鉴。

山地建筑结构本身已经是一种复杂结构形式， 除此项之外 ，不应同时具备 其他2种及以上 的复杂结构形式。

其他复杂结构形式详《高层建筑混凝土结构技术规程》相应章节。

竖向不规则部位（多塔楼结构、体形收进及悬挑不规则结构等）应避开掉层结构刚度突变部位。

可见， 掉层结构刚度突变部位是：

上接地层及相邻上一层。

未完待续……

主要参考文献

[1] JGJ/T 472-2020，山地建筑结构设计标准 [S]. 北京：中国建筑工业出版社，2020.

[2] 李英民，刘立平，韩军．山地建筑结构基本概念及性能[M].北京：科学出版社，2016