付曉光

摘要：本文通過分析蝶形平面高層商住樓建筑設(shè)計(jì)特征，引申出這類建筑對(duì)結(jié)構(gòu)抗震的不利特性，闡明結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)需反復(fù)調(diào)整結(jié)構(gòu)布置并進(jìn)行多次定量計(jì)算和采取必要的抗震構(gòu)造措施，使結(jié)構(gòu)抗震性能受不規(guī)則建筑平面的不利影響將至最低。

關(guān)鍵詞：蝶形平面；高層；商住樓；布置特點(diǎn)

1、蝶形平面高層商住樓的建筑特征

近年房地產(chǎn)熱持續(xù)升溫，住宅建筑平面設(shè)計(jì)選型經(jīng)過多年的實(shí)踐應(yīng)用，目前已發(fā)展到趨于以實(shí)現(xiàn)居住條件的實(shí)用和室內(nèi)外環(huán)境的優(yōu)美為目標(biāo)。房地產(chǎn)開發(fā)商從市場(chǎng)需求出發(fā)，特別注重購(gòu)房者對(duì)住宅的全方位要求，包括住宅平面動(dòng)靜分區(qū)明確，各功能用房面積分配合理；每一戶型甚至每一廳房都能自然通風(fēng)采光，景觀視線開闊，干擾少且公攤面積盡可能減少；豎向交通的消防前室安全度有保障，其防煙防火問題必須滿足規(guī)范要求等，因此若干年前曾較為流行的正交井字八戶型塔式住宅已漸被摒棄。

取而代之的建筑平面設(shè)計(jì)較復(fù)雜的蝶形平面從建筑使用功能方面考慮也許是較為完美的，但對(duì)于結(jié)構(gòu)專業(yè)來(lái)說則會(huì)產(chǎn)生諸多不利因素，主要包括以下方面：豎向交通構(gòu)成的核心部位在平面中成為“縮頸”，兩側(cè)凹口較深，樓板在其橫斷方向凈寬度過小，無(wú)法滿足樓層平面無(wú)限剛度的要求；各戶型外伸翼塊長(zhǎng)寬比過大，翼塊與核心部位不能形成有效的連系，其連接的根部便形成抗震的薄弱部位；在平面的轉(zhuǎn)角處設(shè)轉(zhuǎn)角凸窗，會(huì)削弱結(jié)構(gòu)的抗側(cè)力剛度尤其是抗扭剛度，使結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)難以消除；因?qū)偕套蔷捅厝辉O(shè)有轉(zhuǎn)換層，有的還需進(jìn)行高位轉(zhuǎn)換，形成豎向不規(guī)則。

以上建筑特征對(duì)于抗震結(jié)構(gòu)來(lái)說，往往造成平面不規(guī)則甚至大多情況下是相當(dāng)不規(guī)則；豎向上則造成豎向主要抗側(cè)力構(gòu)件即剪力墻不連續(xù)。這種平面和豎向的不規(guī)則性形成了超限高層建筑，不僅增大了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)難度，而且在技術(shù)審查手續(xù)上還可能增加一道程序，故需比其它規(guī)則型建筑在報(bào)審過程中耗費(fèi)更多的時(shí)間和人力物力。

2、蝶形平面結(jié)構(gòu)的選型及合理布置

根據(jù)此類建筑商住兩用的特點(diǎn)及建筑平面布置和住宅室內(nèi)空間內(nèi)梁柱盡量不外露等要求，蝶形平面高層商住樓的結(jié)構(gòu)選型基木上只能選擇框支剪力墻結(jié)構(gòu)體系。住宅標(biāo)準(zhǔn)層大多為剪力墻結(jié)構(gòu)，由于剪力墻豎向承載能力高、側(cè)向剛度大，為了充分發(fā)揮其內(nèi)在能力，剪力墻的分布應(yīng)盡量拉大間距，一般應(yīng)采用大開間、大進(jìn)深，這種布置為框支柱取得合理柱網(wǎng)尺寸創(chuàng)造了有利條件，同時(shí)為轉(zhuǎn)換層下的商業(yè)用途及地下車庫(kù)的有效使用提供了可能。

就剪力墻類型的受力性能優(yōu)劣而論，一般以剪力墻最優(yōu)、短肢剪力墻次之、異形柱較差，因此應(yīng)盡量布置成一般剪力墻和少量的短肢剪力墻，避免采用異形柱，由于異形柱要使墻體厚度與填充墻或間隔墻相同，其墻肢必定較長(zhǎng)，故此類建筑幾乎不出現(xiàn)異形柱甚至是短肢剪力墻。為了發(fā)揮剪力墻平面外的剛度潛力，提高墻體的穩(wěn)定性，對(duì)厚度較小的剪力墻應(yīng)使其成為帶翼緣的T、L型，若為一字型墻則宜在其端部利用窗側(cè)邊或門垛處加設(shè)端柱，當(dāng)墻肢很短時(shí)可結(jié)合建筑平面位置處理成矩形柱，如在陽(yáng)臺(tái)或次要房間的拐角處，因一般矩形柱受力較好，施工也方便。

框支層處宜采用傳力明確、施工方便、經(jīng)濟(jì)性好的梁式轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，避免采用其他形式的轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)。轉(zhuǎn)換層的上部剪力墻宜直接落在轉(zhuǎn)換層主結(jié)構(gòu)上，當(dāng)局部為主次梁轉(zhuǎn)換時(shí)，則應(yīng)選擇傳力路徑較短的方案，如為解決墻肢翼緣的支承，采取不布置次梁而加設(shè)斜梁的方式，為方便轉(zhuǎn)換層下部設(shè)備管線架設(shè)，轉(zhuǎn)換梁截面高度宜大體一致，其經(jīng)濟(jì)合理的高度應(yīng)由所承受的跨中彎矩和框支梁之上剪力墻不因框支梁撓度而產(chǎn)生受彎超限來(lái)控制，剪切承載力不足時(shí)可通過加大梁截而寬度、梁端部加腋或在梁柱節(jié)點(diǎn)處加設(shè)抗剪鋼板等措施加以解決。

框支柱在平面布置上應(yīng)盡量成行成列，使商業(yè)用房及地下室的平面柱網(wǎng)較有規(guī)律，有利于提高平面使用率，通常采用矩形截面，其大小由軸壓比控制，寬度一般大于轉(zhuǎn)換梁的截面寬度?？蛑Ъ袅Y(jié)構(gòu)的樓梯、電梯間剪力墻必須落地，為了滿足轉(zhuǎn)換層上下層剛度比和剪切承載力比的要求，通常需將此落地剪力墻厚度在轉(zhuǎn)換層以下加大，有時(shí)候還需將樓、電梯間以外位置的某些剪力墻直接落地或另加設(shè)剪力墻。對(duì)于樓蓋，一般選取普通梁板樓蓋，大面積空間及需提供靈活分隔的空間則可選擇結(jié)構(gòu)自重小、隔音性能較優(yōu)越的現(xiàn)澆空心樓板或有填充塊的雙向密肋樓板。

3、結(jié)構(gòu)抗震計(jì)算的共同特征

按現(xiàn)行《抗規(guī)》和《高規(guī)》有關(guān)結(jié)構(gòu)計(jì)算方面的規(guī)定，蝶形平面高層商住樓結(jié)構(gòu)的計(jì)算結(jié)果必須滿足以下要求：①各振型的自振周期應(yīng)在正常數(shù)值內(nèi)，T≈0.08n（n為計(jì)算層數(shù)），其中第1振型的周期甚至第2周期應(yīng)為平動(dòng)周期而非扭轉(zhuǎn)周期且扭轉(zhuǎn)為主的第1自振周期與平動(dòng)為主的第1周期之比T1/T1≤0.85（有轉(zhuǎn)換的商住樓屬?gòu)?fù)雜結(jié)構(gòu)）；②結(jié)構(gòu)樓層層間最大位移與層高之比△u/h≤1/1000；③對(duì)于一、二級(jí)抗震結(jié)構(gòu)，各剪力墻墻肢的軸壓比分別不宜大于0.5和0.6，框支柱的軸壓比分別不宜大于0.6和0.7；④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層平均值的1.2倍，不應(yīng)大于該層平均值的1.5倍；⑤轉(zhuǎn)換層下層的側(cè)向剛度不宜小于其上層的70%或其上相鄰3層側(cè)向剛度平均值的80%；⑥轉(zhuǎn)換層下層層間抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的受剪承載力不宜小于其上層的80%，不應(yīng)小于其上層的65%。

結(jié)構(gòu)計(jì)算與結(jié)構(gòu)布置必須反復(fù)進(jìn)行，轉(zhuǎn)換梁之上的剪力墻截而首先取決于墻體軸壓比限值和樓層層間位移限值，同時(shí)為了此類結(jié)構(gòu)類型的計(jì)算滿足上述第①④點(diǎn)的要求，往往必須對(duì)最初確定的剪力墻截面進(jìn)行調(diào)整，其一般規(guī)律是周邊尤其是角部的剪力墻需強(qiáng)化，樓梯和電梯間處的剪力墻則有時(shí)需相應(yīng)弱化；當(dāng)調(diào)整后仍無(wú)法滿足要求時(shí)，需采取角部框架梁作反梁加高的措施，這是一種相當(dāng)有效的方法，可大幅度減小剪力墻的軸壓比，提高結(jié)構(gòu)整體剛度和減小層間位移，即剪力墻的數(shù)量比通常預(yù)計(jì)的多，這種現(xiàn)象對(duì)于這類結(jié)構(gòu)是正常的，混凝土和鋼筋的用量也需相應(yīng)增加，造價(jià)會(huì)有所提高，但這一代價(jià)是這種建筑類型所決定的，發(fā)展商對(duì)此應(yīng)有思想準(zhǔn)備。

為了滿足轉(zhuǎn)換層上下剛度比和受剪承載力比，需在轉(zhuǎn)換層以下加大落地剪力墻厚度或另設(shè)剪力墻，也是此類型建筑結(jié)構(gòu)計(jì)算所必需的。但加大墻厚或加設(shè)剪力墻時(shí)需不斷進(jìn)行調(diào)整試算，在基木滿足第⑤⑥點(diǎn)要求的前提下不宜任意放大，否則將會(huì)妨礙轉(zhuǎn)換層以下商業(yè)用房的使用且對(duì)造價(jià)控制不利。

上述結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果定量控制數(shù)據(jù)①～⑤可在計(jì)算程序中直接反映出來(lái)，唯獨(dú)第⑥點(diǎn)需經(jīng)手工驗(yàn)算，可按《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》中的公式進(jìn)行計(jì)算。當(dāng)單體建筑由若干個(gè)典型蝶形平面組合而成時(shí)，為了使扭轉(zhuǎn)位移較易滿足規(guī)范要求，宜將各典型平面用防震縫隔開，即使是建筑平面較規(guī)則，長(zhǎng)寬較大的矩形組合平面也需按此方法進(jìn)行處理，否則結(jié)構(gòu)計(jì)算便很難過關(guān)。

4、結(jié)語(yǔ)

蝶形平面高層商住樓是當(dāng)前房地產(chǎn)市場(chǎng)上較為流行的一種類型，雖然其體型的不規(guī)則性對(duì)結(jié)構(gòu)抗震較為不利，但在客觀使用上較為合理。結(jié)構(gòu)工程師有責(zé)任在充分了解其建筑特征的基礎(chǔ)上嫻熟運(yùn)用結(jié)構(gòu)概念進(jìn)行合理的結(jié)構(gòu)布置，借助先進(jìn)的計(jì)算手段使結(jié)構(gòu)計(jì)算過關(guān)。因?qū)倏拐鸪薰こ?，如何做到減少超限項(xiàng)目和降低超限程度成為此類建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。要使蝶形平面高層商住樓的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)達(dá)到理想的效果，還有賴于與建筑師的宏觀配合。

參考文獻(xiàn)：

[1]孫凱：《高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的問題及對(duì)策探討》[J]價(jià)值工程，2011（25）

[2]陳凱：《復(fù)雜高層與超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)》[J]建筑結(jié)構(gòu)，2011（11）