小高層住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析

徐平

【摘要】本文作者結(jié)合多年工作經(jīng)驗(yàn)分析了小高層住宅設(shè)計(jì)的現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢(shì)，參照近幾年來(lái)的小高層住宅的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)， 對(duì)小高層住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)手法的進(jìn)行了簡(jiǎn)要的分析， 以當(dāng)前先進(jìn)的設(shè)計(jì)理論為基礎(chǔ)， 研究了小高層住宅的設(shè)計(jì)原則和設(shè)計(jì)方法。

【關(guān)鍵詞】住宅建筑； 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)； 剪力墻； 樓板

近年來(lái)小高層住宅大量涌現(xiàn)。大多數(shù)人很關(guān)注和重視小高層住宅， 因?yàn)樾「邔幼≌哪康闹饕脕?lái)居住或是投資， 也是反應(yīng)民眾生活富裕程度的重要標(biāo)志。如何在設(shè)計(jì)過(guò)程中使結(jié)構(gòu)方案經(jīng)濟(jì)合理對(duì)我們這些結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是新的挑戰(zhàn)。所謂小高層住宅，平面布局類(lèi)似于多層住宅。其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)大多數(shù)是根據(jù)已經(jīng)確定好的平面和豎向布置， 先假定好構(gòu)件尺寸， 然后電算，電算一般是個(gè)別指標(biāo)超限。則對(duì)這部分進(jìn)行調(diào)整。至于整個(gè)方案是否完善， 構(gòu)件尺寸假定是否太大。則心中無(wú)底，很多時(shí)候都會(huì)產(chǎn)生不必要的浪費(fèi)。正因?yàn)檫@樣， 筆者結(jié)合近幾年對(duì)小高層住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過(guò)程， 對(duì)小高層住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的幾個(gè)問(wèn)題進(jìn)行一些探討， 以供今后的設(shè)計(jì)技術(shù)人員更深層次的研究提供理論基礎(chǔ)。

1 結(jié)構(gòu)計(jì)算分析與總體指標(biāo)控制

結(jié)構(gòu)整體計(jì)算的軟件選擇。目前比較通用的計(jì)算軟件有： SATWETAT、TBSA或ETABSSAP等。但是， 由于各軟件在采用的計(jì)算模型上存在著一定的差異， 導(dǎo)致了各軟件的計(jì)算結(jié)果或大或小。所以， 在進(jìn)行工程整體結(jié)構(gòu)計(jì)算和分析時(shí)， 必須依據(jù)結(jié)構(gòu)類(lèi)型和計(jì)算軟件模型的特點(diǎn)選擇合理的計(jì)算軟件， 并從不同軟件相差較大的計(jì)算結(jié)果中。判斷哪個(gè)是合理的。特別在抗震超限分析中， 哪個(gè)是可以作為參考的， 哪個(gè)又是意義不大的， 這將是結(jié)構(gòu)工程師在設(shè)計(jì)工作中首要的工作。否則， 如果選擇了不合適的計(jì)算軟件， 不但會(huì)浪費(fèi)大量的時(shí)間和精力， 而且有可能使結(jié)構(gòu)有不安全的隱患存在。

如若剛度太大， 周期太短， 導(dǎo)致地震效應(yīng)增大， 造成不必要的材料浪費(fèi)， 但剛度太小， 結(jié)構(gòu)變形太大， 影響建筑物的使用。對(duì)合理的剛度， 筆者建議： 對(duì)小高層住宅u /__H取1 /2 500 - 1 /3 500， 剛重比在10～15之間是比較合理的。周期約為層數(shù)的0106倍～0108倍之間。另外， 對(duì)結(jié)構(gòu)布置扭轉(zhuǎn)的控制， 在考慮偶然偏心影響的地震作用下， 樓層豎向構(gòu)件的最大水平位移和層間位移不宜大于該樓層平均值的112 倍， 不應(yīng)大于該樓層平均值的115 倍。當(dāng)然，對(duì)于頂層構(gòu)件可不考慮在內(nèi)。否則很難滿(mǎn)足上述指標(biāo)。

2 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

小高層建筑基礎(chǔ)設(shè)計(jì)一直是結(jié)構(gòu)工程師極其關(guān)注和重視的一方面。目前， 小高層剪力墻體系由于考慮埋置深度的要求。一般均設(shè)置地下室。常用樁基型式有預(yù)制鋼筋混凝土方樁、PHC管樁、鉆孔灌注樁及鉆孔灌注后壓漿樁。基礎(chǔ)則采用樁筏基礎(chǔ)。如何對(duì)樁進(jìn)行合理選型將對(duì)整個(gè)地下室設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性產(chǎn)生重要影響。例如某一工程， 上部十八層帶一地下室。根據(jù)勘察報(bào)告， 采用中410 mm預(yù)應(yīng)力管樁， 可選樁長(zhǎng)25 m， 單樁承載力特征值Ra = 900 kN； 樁長(zhǎng)34 m， 單樁承載力特征值Ra = 1 300 kN。采用25 m樁需290根， 采用34 m樁需200根。但采用25 m樁為滿(mǎn)樘布置， 筏板厚需1 200 mm； 而采34 m樁為墻下布置， 筏板可減至900 mm， 經(jīng)濟(jì)性明顯。因此， 基礎(chǔ)選型應(yīng)選定經(jīng)濟(jì)合理的方案。而對(duì)于筏板厚度的取值則應(yīng)考慮樁沖切、角樁沖切、墻沖切及板配筋等多方面的因素。另外， 筏板長(zhǎng)度的設(shè)置也須研究探討。由于考慮地下室的使用合理性， 常規(guī)采用設(shè)置后澆帶來(lái)解決底板超長(zhǎng)引起的收縮及溫度裂縫。后澆帶的作用是明顯的， 但也給施工帶來(lái)了不少麻煩， 甚至由于處理不當(dāng)而引起后澆帶漏水及裂縫。而有些高層。長(zhǎng)寬均達(dá)100 m以上， 中間就設(shè)置幾條后澆帶也沒(méi)有其他措施， 是不妥當(dāng)?shù)摹?/p>

嵌固端的設(shè)置問(wèn)題： 由于小高層建筑一般都帶有一或二層的地下室和人防， 嵌固端有可能設(shè)置在地下室頂板，也有可能設(shè)置在人防頂板等位置。在這個(gè)問(wèn)題上結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工程師往往忽視了由嵌固端的設(shè)置帶來(lái)的一系列需要注意的方面。如： 嵌固端樓板的設(shè)計(jì)、嵌固端上下層剛度比的限制、嵌固端上下層抗震等級(jí)的一致性、在結(jié)構(gòu)整體計(jì)算時(shí)嵌固端的設(shè)置、結(jié)構(gòu)抗震縫設(shè)置與嵌固端位置的協(xié)調(diào)等等問(wèn)題。而忽略其中任何一個(gè)方面， 都有可能導(dǎo)致后期設(shè)計(jì)工作的大量修改或埋下安全隱患。

3 樓板設(shè)計(jì)

伴隨著商品混凝土的推廣， 建筑樓面出現(xiàn)裂縫的機(jī)率加大。并且日益受到人們的關(guān)注。專(zhuān)家認(rèn)為， 控制裂縫是個(gè)系統(tǒng)工程， 樓面結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫原因復(fù)雜。有材料、溫度變化等原因， 也有設(shè)計(jì)、施工使用等方面問(wèn)題； 而樓面沿板內(nèi)預(yù)埋管線(xiàn)出現(xiàn)的裂縫尚未引起工程人員足夠重視。從設(shè)計(jì)方面看， 以下成因應(yīng)當(dāng)重視， 利于有目的進(jìn)行裂縫控制。樓板剛度不足： 設(shè)計(jì)按多跨連續(xù)板進(jìn)行配筋計(jì)算， 側(cè)重于滿(mǎn)足結(jié)構(gòu)安全， 較少考慮混凝土收縮特性和溫度變形等多種因素。樓板高跨比僅為L(zhǎng) /33～L /35。其剛度較小對(duì)裂縫控制很不利。

樓板構(gòu)造配筋設(shè)計(jì)不周： 設(shè)計(jì)在支座處按常規(guī)配設(shè)負(fù)筋， 在中部板面不配鋼筋。當(dāng)板面出現(xiàn)溫度變形和混凝土收縮， 因無(wú)構(gòu)造鋼筋約束， 板面即出現(xiàn)裂縫。樓板內(nèi)布線(xiàn)欠合理： 由于水電施工圖由各專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)。實(shí)際施工中出現(xiàn)水電管交叉疊放， 或由于設(shè)計(jì)考慮管內(nèi)容線(xiàn)面積， 部分預(yù)埋管徑≥25 mm， 且設(shè)計(jì)管線(xiàn)位置在樓板跨中。即在單層雙向配筋處， 樓板有效截面受到很大程度（ 15% ～40% ） 削弱， 成為樓板最易開(kāi)裂的部位。當(dāng)樓板收縮應(yīng)力大于混凝土極限抗拉強(qiáng)度時(shí)， 即出現(xiàn)沿管線(xiàn)表面呈直線(xiàn)狀的裂縫。

從房屋的空間結(jié)構(gòu)來(lái)看， 剪力墻剛度大約束了剪力墻間梁板的水平向自由變形， 而梁剛度又較板剛度大。因各類(lèi)因素引起的水平向收縮變形均集中到剪力墻間剛度最小的板上， 造成這塊板開(kāi)裂。對(duì)策及建議： 梁板混凝土強(qiáng)度等級(jí)不宜大于C30， 樓板應(yīng)雙層雙向配筋； 屋面、轉(zhuǎn)換層樓面配筋宜加強(qiáng)； 樓板內(nèi)管線(xiàn)應(yīng)避免出現(xiàn)交叉（將交叉部位設(shè)置在梁或墻上） ， 控制管線(xiàn)直徑。使其不超過(guò)板厚的20%且≤25 mm； 重視房屋外圍護(hù)構(gòu)件（外墻、屋面、門(mén)窗等） 的保溫設(shè)計(jì)， 若使房屋具有良好的保溫性能， 不僅可大幅度降低房屋長(zhǎng)期能耗， 更是減少因溫差變形而引起裂縫的有效手段。

5 小結(jié)

綜上所述， 小高住宅的建設(shè)中尚有許多需要設(shè)計(jì)人員去解決的問(wèn)題。如設(shè)計(jì)更好的戶(hù)型， 創(chuàng)造更優(yōu)雅的居住環(huán)境， 降低成本等。筆者認(rèn)為建筑師只要不斷地創(chuàng)新， 不斷地提高與改進(jìn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)， 不斷地推廣與宣傳。我想， 小高層住宅在我們湖南各個(gè)中小城市的發(fā)展與推廣不再會(huì)成為遙遠(yuǎn)的夢(mèng)想。小高層住宅的建設(shè)與推廣， 需要一種力量帶它步入社會(huì)發(fā)展的高速軌道， 更需要一種力量去引導(dǎo)人們的觀(guān)念， 這也是我們這一代結(jié)構(gòu)工程師的職責(zé)所在。

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