张守筠 唐逊彬 徐小艳
云南省设计院集团 云南昆明 650228
摘要：西南地区山地多平地少，因此越来越多的建筑建在山地区域，而山地建筑由于吊脚和掉层的存在，造成建筑更加不规则，尤其建筑底层为柔弱层，对结构的安全造成更加不利影响，因此加强山地建筑的研究具有重要的意义。本文结合实际工程，对吊脚建筑进行受力分析，并提出一定的建议，希望能对吊脚山地建筑的设计提供一定的借鉴意义。
关键词：吊脚建筑；性能化设计；山地建筑；高烈度地区
1、引言
随着近几年山地建设的不断扩大，为尽量保持地质原貌及减少土方开挖量，越来越多的建筑需要依山就势，因势利导，从而形成了大量的吊脚建筑。部分因为地形的限制吊脚高度，甚至超过了上部楼层的高度。由于吊脚部分相对整个建筑较为薄弱，根据历次地震的统计资料，山地吊脚建筑吊脚部分破坏较为严重，而且多为剪切破坏，给建筑的安全带来极大的隐患。因此加强对吊脚建筑，尤其是高烈度地区吊脚建筑的设计对保证建筑和人民生命财产安全有着极为重要的意义。由于山地建筑形式多样，情况复杂，目前山地建筑尚未有统一的设计标准，这就给设计人员在设计类似建筑时造成了极大的困难。本文根据设计中遇到的实际工程案例，提出了基于抗震性能化设计的高烈度地区吊脚山地建筑的设计分析，希望能对以后类似的工程有所帮助。
2、工程概况
拟建场地位于剥蚀残丘山包，地形以山顶向四周以斜坡方式延伸，南北约171.5m，东西约278.6m，四周坡度约在10～30°，高差25.9~37.79m。该区域抗震设防烈度为8度，设计基本地震加速度值为0.20g，所属设计地震分组为第三组，考虑边坡地震力放大系数1.2倍。本工程为山地仿古建筑，主建筑宫殿部分位于山顶，山腰位置为商业、酒店及城门组成的四周围合古城墙建筑。
本文选取山腰位置的一个吊脚较高的结构单元进行分析。该结构单元为地上三层建筑，层高自下而上分别为4.65m、3.6 m和3.3 m，吊脚最大高度为17.1m，结构在吊脚层设置了两道层间空梁对柱进行拉结，④轴位置的挡土墙与建筑脱开设计，该工程属于明显的‘头重脚轻’建筑。其中一层结构平面布置图和结构剖面图如下图所示。
（4）吊脚层框架柱的剪力对比
本工程共18根柱子，柱编号顺序为从底往上，从左到右。
通过对比我们可以看出，两个计算模型的总质量和周期的差值均小于5%，从而保证了计算模型的一致性。通过对楼层剪力、楼层位移和吊脚层柱底剪力的对比，我们可以看出PKPM和MIDAS GEN计算基本结构基本一致。结构设计采取两种计算模型包络设计可以确保结构的安全。
4、吊脚建筑吊脚层的性能化设计
吊脚的山地建筑，吊脚层关系整个建筑安全。根据力学概念和汶川地震调查可以看出，吊脚层为整个结构的薄弱层，地震作用下破坏较为严重，吊脚层的破坏可能引起整个建筑的坍塌，造成严重的人员和财产损失。吊脚层以上为普通的多层建筑，受力性能与普通建筑基本一致，计算方式按照普通建筑设计可以确保结构安全，但是吊脚层柱脚高低不一，力学性能复杂，破坏模型尚不能有完善的力学模型，因此应加强吊脚层的设计，提高结构的安全性。
基于《建筑抗震设计规范》抗震性能化设计的思路，对于山地吊脚建筑这类严重不规则的建筑应考虑性能化设计，由于吊脚层以上为普通建筑，设计按照小震不坏、中震可修和大震不倒的思路进行设计，因此吊脚层的受力性能和设防标准应高于吊脚层以上部分，建议吊脚层采取中震弹性进行配筋包络设计，同时在大震工况下，结构塑性铰出铰位置应位于吊脚层
以上，从而使吊脚层的抗震性能与上部相一致。
5、吊脚建筑的基础设计
土体边坡的山地建筑，应考虑土体的稳定性，防止土体滑动对建筑造成的破坏。本工程的自上而下的土层分别为①耕土、②粉质粘土、③1粉质粘土（全风化泥岩）、③角砾（强风化泥岩）、④碎石（强-中风化泥岩），存在软弱结构面，可能形成滑动面。经采用卡尔曼法进行边坡稳定性计算，场区斜坡整体处于基本稳定-稳定状态。虽然②粉质粘土土层性质较好，可以满足浅基础的持力层，但本工程为坡地建筑，坡度较大，吊脚很高，基础承受一定的拉应力，因此浅基础的隐患较大，所以本工程采用人工挖孔桩基础，持力层为③角砾（强风化泥岩）。桩基穿越软弱结构面，即便后期土体有轻微的滑移，靠桩自身的抗剪能力也可以抵抗。
6、结论
通过前面的计算分析，对高烈度区吊脚山地建筑的设计主要有以下几点设计建议：
1、吊脚的山地建筑，吊脚是关系整个建筑安全的重中之重，吊脚的山地建筑，由于底层过于柔弱，不能按照普通结构进行计算和采取构造措施，应对吊脚层进行中震弹性的性能化设计，并确保罕遇地震下塑性铰位置出现在吊脚层以上位置。使吊脚层的抗震性能不小于上部结构，防止吊脚层比上部结构提前破坏。
2、吊脚的山地建筑由于扭转的不规则性及吊脚柱变形的差异，应考虑双向地震作用和重力二阶效应。
3、吊脚的山地建筑，由于底层柱长短差异大，建筑头重较轻，在底层柱和基础设计应考虑地震力作用下产生的拉力影响。结构基础尽量采用桩基础。
4、吊脚的山地建筑比普通的吊脚建筑更不利，震害更大，应采取两种不同力学模型的计算进行包络设计。
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论文作者:张守筠,唐逊彬,徐小艳
论文发表刊物:《防护工程》2018年第9期
论文发表时间:2018/9/7
标签：建筑论文; 山地论文; 结构论文; 烈度论文; 泥岩论文; 工程论文; 性能论文; 《防护工程》2018年第9期论文;