板式高層住宅經(jīng)濟(jì)性探討

賴德彬 福建泉州勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限公司廈門分公司（361000）

板式高層住宅經(jīng)濟(jì)性探討

賴德彬 福建泉州勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限公司廈門分公司（361000）

高層住宅投資額大，結(jié)構(gòu)造價(jià)占較大比例，當(dāng)前全球資料緊缺，節(jié)材也是綠色建筑的重要組成部分。地產(chǎn)公司均很重視結(jié)構(gòu)造價(jià)，紛紛推出結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)限額控制指標(biāo)。文章從設(shè)計(jì)角度出發(fā)，結(jié)合某高層板式住宅材料用量過高的工程案例，對(duì)影響板式建筑結(jié)構(gòu)造價(jià)的若干因素進(jìn)行探討。

高寬比；板式住宅；建筑體型；經(jīng)濟(jì)性；材料用量

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展及群眾生活水平的提高，板式住宅因具備南北通透、采光通風(fēng)等優(yōu)點(diǎn)在房產(chǎn)市場(chǎng)上備受青睞，逐漸成為住宅的主流形式。板式住宅經(jīng)常在高層建筑出現(xiàn)，甚至在超高層住宅中也有采用。高層住宅由于樓層數(shù)多，建筑面積大，施工周期長(zhǎng)，故需要大量的資金投入。根據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)表明，結(jié)構(gòu)造價(jià)占房屋建筑總造價(jià)的25%左右，其比例與環(huán)境條件、建筑體型以及結(jié)構(gòu)選型相關(guān)，尤其與建筑物高度關(guān)系最為緊密，大高寬比的板式住宅往往更為突出。另外，節(jié)材也是實(shí)現(xiàn)綠色建筑的重要組成部分，結(jié)構(gòu)優(yōu)化在節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。這里從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的角度，結(jié)合某高層板式住宅的案例，對(duì)影響板式高層住宅結(jié)構(gòu)造價(jià)的主要因素進(jìn)行探討。

1 工程概況

廈門某住宅地塊項(xiàng)目位于廈門市翔安區(qū)新店鎮(zhèn)。本項(xiàng)目的抗震設(shè)防烈度為7度，地震基本加速度0.15 g，地震設(shè)計(jì)分組為第三組，場(chǎng)地類別為Ⅱ類，基本風(fēng)壓(50年一遇)為0.80 kN/m2，地面粗糙度類別B類。該地塊由二層地下室及多棟高層、多層住宅樓組成，其中高層建筑有33層及23層，建筑高度分別為99 m和68 m，均為板式躍層高層建筑，建筑抗震等級(jí)分別為二級(jí)和三級(jí)。

2 建筑物含鋼量過高的原因分析

根據(jù)現(xiàn)有建筑圖和結(jié)構(gòu)模型，經(jīng)初步測(cè)算，高層建筑尤其是33層的接近100 m的高層超出地產(chǎn)公司結(jié)構(gòu)限額設(shè)計(jì)指標(biāo)較多，80~100 m高層的結(jié)構(gòu)限額指標(biāo)為56.5 kg/m2，而根據(jù)模型預(yù)計(jì)100 m高層含鋼量均超出此指標(biāo)值，對(duì)整個(gè)工程成本造價(jià)有較大影響。

以33層的1#樓為例，結(jié)構(gòu)計(jì)算分析采用中國(guó)建研院的SATWE3.16版集成設(shè)計(jì)軟件，主要參數(shù):①結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)為1.0；②混凝土容重為26.5；③剪力墻的抗震等級(jí)為二級(jí)；④考慮偶然偏心；⑤周期折減系數(shù)為0.95。計(jì)算結(jié)果顯示結(jié)構(gòu)模型不存在扭轉(zhuǎn)不規(guī)則，滿足規(guī)范要求，X向和Y向的抗側(cè)剛度比較接近。圖1為建筑躍層標(biāo)準(zhǔn)層平面圖。

圖1 躍層標(biāo)準(zhǔn)層平面圖

考慮到集美、翔安兩個(gè)區(qū)域抗震烈度、風(fēng)壓、場(chǎng)地土類別、地面粗糙度等外部條件接近，現(xiàn)取集美某項(xiàng)目1#樓和2#樓（均為復(fù)式高層）與本地塊1#樓進(jìn)行比較。具體詳見表1。

表1 本項(xiàng)目及集美項(xiàng)目結(jié)構(gòu)信息統(tǒng)計(jì)表

經(jīng)分析影響建筑物結(jié)構(gòu)用鋼量主要有以下幾個(gè)因素:

1）建筑物豎向高寬比過大

高層建筑的高寬比，是對(duì)結(jié)構(gòu)剛度、整體穩(wěn)定、承載能力和經(jīng)濟(jì)合理性的宏觀控制[2]。因本建筑物南側(cè)陽(yáng)臺(tái)不能設(shè)置結(jié)構(gòu)豎向構(gòu)件，需要內(nèi)退，最厚處寬度Bmax=13.4 m，高寬比為7.24；最薄處寬度為8.5 m，高寬比11.36。通過PKPM軟件計(jì)算的等效高寬比為10。此項(xiàng)指標(biāo)嚴(yán)重超過《高規(guī)》第3.3.2條剪力墻結(jié)構(gòu)高寬比不宜超過6的推薦性標(biāo)準(zhǔn)。雖然從結(jié)構(gòu)安全角度考慮高寬比不是必須滿足的，但這個(gè)限值主要是控制結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性。高寬比大的建筑其結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性不如高寬比小的建筑，為了保證結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定并控制結(jié)構(gòu)的側(cè)向位移，必要設(shè)置較剛強(qiáng)的抗側(cè)力構(gòu)件來提高結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度[1],從模型來看,布置的剪力墻明顯多于一般的高層建筑，在無(wú)法增加剪力墻長(zhǎng)度前提下只能通過增加剪力墻墻厚提高抗側(cè)剛度來滿足位移指標(biāo)實(shí)屬無(wú)奈之舉。同樣由于高寬比過大的原因，底部剪力墻端部出現(xiàn)拉應(yīng)力，需要配置較多受力鋼筋，拉應(yīng)力較大處甚至需要配置型鋼，大大增加了鋼筋用量。

2）水平抗側(cè)力構(gòu)件不同軸線

剪力墻的抗側(cè)剛度EI與墻體高度的三次方成正比。成榀連續(xù)的剪力墻能充分發(fā)揮豎向構(gòu)件的側(cè)向剛度、整體穩(wěn)定性，尤其是聯(lián)肢剪力墻按殼元模型計(jì)算，剛度更大，更易滿足規(guī)范要求的整體位移指標(biāo)。從平面圖可以看出，除了山墻剪力墻能連續(xù)外，X、Y向的剪力墻基本是錯(cuò)開的，在該方向上無(wú)法形成一榀連續(xù)的剪力墻，作為分戶墻的剪力墻未能與電梯井核心筒相連。這也是Y向的剪力墻不少，卻無(wú)法提高側(cè)向剛度的原因。

3）開洞樓板形成的躍層剪力墻

躍層大開洞的不規(guī)則結(jié)構(gòu)體型不僅在抗震性能差，也難以控制結(jié)構(gòu)的層間位移。躍層剪力墻，由于其受力的復(fù)雜性以及截面較大，為保證結(jié)構(gòu)的安全，用鋼量往往也會(huì)有所提高。

4）建筑布置不規(guī)則

如圖1所示，建筑偶數(shù)層為躍層，戶型內(nèi)部需要進(jìn)行改造，特別是南側(cè)陽(yáng)臺(tái)擴(kuò)為客廳，北側(cè)的走廊擴(kuò)展為臥室導(dǎo)致X方向均不能設(shè)置X向剪力墻，且南外側(cè)不能拉外框梁，只能在戶內(nèi)設(shè)置短的水平墻肢，其發(fā)揮的效果明顯差于在結(jié)構(gòu)外側(cè)設(shè)置X向剪力墻貢獻(xiàn)的剛度，兩個(gè)方向抗側(cè)力構(gòu)件無(wú)法協(xié)同作用整體抗扭剛度較差，為抵抗X向抗扭剛度，在南側(cè)開洞處端部設(shè)置端柱，豎向構(gòu)件配筋自然有所增加。

5）樓板大開洞

樓板開洞率超過樓板寬度的50%，在Y向的樓板有效寬度僅為4 m，屬于平面不規(guī)則。由于樓板的削弱，需要采取加厚洞口周邊樓板，提高樓板的配筋率，采用雙層雙向配筋等加強(qiáng)措施。

6）平面長(zhǎng)寬比

平面過于狹長(zhǎng)的建筑物在地震時(shí)由于兩端地震波輸入有相位差而容易產(chǎn)生不規(guī)則振動(dòng)，產(chǎn)生較大的震害。且長(zhǎng)寬比過大，兩個(gè)主軸方向的動(dòng)力特性相差較大，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)更明顯，從而使得構(gòu)件配筋增大。本建筑物典型寬度僅8.2 m，而建筑長(zhǎng)度達(dá)80 m，長(zhǎng)寬比L/B接近10，屬于狹長(zhǎng)建筑。而在《高規(guī)》條文規(guī)定，L/B在6、7度抗震設(shè)計(jì)時(shí)最好不超過4。

7）平面超長(zhǎng)

建筑物長(zhǎng)度過長(zhǎng)還帶來一個(gè)問題:這種超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)必須考慮混凝土的收縮應(yīng)力和溫度應(yīng)力。為抵抗溫度變化和收縮影響的不利因素，超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)需采取有效加強(qiáng)措施避免發(fā)生裂縫，如設(shè)置溫度、抗裂筋，提高樓板配筋率等。其樓板鋼筋用量要比常規(guī)結(jié)構(gòu)自然要多些。

綜合分析以上各因素,翔安地塊的33層建筑物高層含鋼量大，很大程度上是由建筑的不規(guī)則性所引起的。建筑方案的規(guī)則性是影響含鋼量的最主要因素。建筑的規(guī)則性包括平面的布置、高寬比、長(zhǎng)寬比、凹凸不規(guī)則、樓板開洞、剪力墻或柱的連續(xù)性等方面。結(jié)構(gòu)平面布置越簡(jiǎn)單、規(guī)則、剛度質(zhì)量和承載力越均勻，結(jié)構(gòu)造價(jià)則越低，反之亦然。集美項(xiàng)目所在地域和建筑高度與本項(xiàng)目1#樓接近，但是因建筑體型較規(guī)則，其鋼筋用量卻遠(yuǎn)低于后者。不規(guī)則建筑的含鋼量往往比規(guī)則建筑的含鋼量高出10%~ 25%，本地塊33層的1#樓比集團(tuán)結(jié)構(gòu)限額指標(biāo)高出24%也是在合理范圍。

3 結(jié)論和建議

在高層住宅中，結(jié)構(gòu)造價(jià)占房屋建筑總造價(jià)比例較大。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師應(yīng)樹立成本控制的意識(shí)，重視概念設(shè)計(jì)，提前介入，從工程宏觀上控制建筑結(jié)構(gòu)成本。

土地資源的日益緊缺導(dǎo)致建筑高寬比的增大，當(dāng)建筑規(guī)劃確定時(shí)，結(jié)構(gòu)專業(yè)只能在已有條件下進(jìn)行設(shè)計(jì)。但結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師也應(yīng)與建筑師緊密合作，通過優(yōu)化建筑體型往往能取得良好的效果，從而節(jié)約結(jié)構(gòu)造價(jià)。

當(dāng)前許多地產(chǎn)公司要求在設(shè)計(jì)中落實(shí)結(jié)構(gòu)限額經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，筆者認(rèn)為缺乏依據(jù)。每個(gè)項(xiàng)目都處于不同地域環(huán)境、具有不同的特征，其結(jié)構(gòu)造價(jià)指標(biāo)也必然相差很大，不存在統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，也不應(yīng)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。但結(jié)構(gòu)優(yōu)化的思維、成本控制的意識(shí)仍應(yīng)在貫穿整個(gè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中。

高寬比的增大會(huì)導(dǎo)致底層剪力墻出現(xiàn)較大的拉應(yīng)力，躍層樓板開洞使得樓板應(yīng)力變得復(fù)雜。建議對(duì)此類高層建筑的性能目標(biāo)作進(jìn)一步的分析，如中震、大震作用下的應(yīng)力分析，以保證結(jié)構(gòu)的安全性。

[1]郭惠勤.某高層住宅含鋼量過高的原因分析及經(jīng)驗(yàn)總結(jié)[J].福建建材,2013(12):28.

[2]JGJ3-2010,高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S].

[3]林同炎,S D斯多臺(tái)伯利.結(jié)構(gòu)概念和體系[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,1992.

[4]汪大綏,周建龍,包聯(lián)進(jìn).超高層建筑結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)性分析[J].建筑結(jié)構(gòu),2012(5):42.