板式高層住宅經(jīng)濟性探討

賴德彬 福建泉州勘測設計院有限公司廈門分公司（361000）

板式高層住宅經(jīng)濟性探討

賴德彬 福建泉州勘測設計院有限公司廈門分公司（361000）

高層住宅投資額大，結構造價占較大比例，當前全球資料緊缺，節(jié)材也是綠色建筑的重要組成部分。地產公司均很重視結構造價，紛紛推出結構設計限額控制指標。文章從設計角度出發(fā)，結合某高層板式住宅材料用量過高的工程案例，對影響板式建筑結構造價的若干因素進行探討。

高寬比；板式住宅；建筑體型；經(jīng)濟性；材料用量

0 引言

隨著經(jīng)濟的發(fā)展及群眾生活水平的提高，板式住宅因具備南北通透、采光通風等優(yōu)點在房產市場上備受青睞，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，故需要大量的資金投入。根據(jù)有關數(shù)據(jù)表明，結構造價占房屋建筑總造價的25%左右，其比例與環(huán)境條件、建筑體型以及結構選型相關，尤其與建筑物高度關系最為緊密，大高寬比的板式住宅往往更為突出。另外，節(jié)材也是實現(xiàn)綠色建筑的重要組成部分，結構優(yōu)化在節(jié)約資源、保護環(huán)境有著重要的現(xiàn)實意義。這里從結構設計的角度，結合某高層板式住宅的案例，對影響板式高層住宅結構造價的主要因素進行探討。

1 工程概況

廈門某住宅地塊項目位于廈門市翔安區(qū)新店鎮(zhèn)。本項目的抗震設防烈度為7度，地震基本加速度0.15 g，地震設計分組為第三組，場地類別為Ⅱ類，基本風壓(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，建筑抗震等級分別為二級和三級。

2 建筑物含鋼量過高的原因分析

根據(jù)現(xiàn)有建筑圖和結構模型，經(jīng)初步測算，高層建筑尤其是33層的接近100 m的高層超出地產公司結構限額設計指標較多，80~100 m高層的結構限額指標為56.5 kg/m2，而根據(jù)模型預計100 m高層含鋼量均超出此指標值，對整個工程成本造價有較大影響。

以33層的1#樓為例，結構計算分析采用中國建研院的SATWE3.16版集成設計軟件，主要參數(shù):①結構重要性系數(shù)為1.0；②混凝土容重為26.5；③剪力墻的抗震等級為二級；④考慮偶然偏心；⑤周期折減系數(shù)為0.95。計算結果顯示結構模型不存在扭轉不規(guī)則，滿足規(guī)范要求，X向和Y向的抗側剛度比較接近。圖1為建筑躍層標準層平面圖。

圖1 躍層標準層平面圖

考慮到集美、翔安兩個區(qū)域抗震烈度、風壓、場地土類別、地面粗糙度等外部條件接近，現(xiàn)取集美某項目1#樓和2#樓（均為復式高層）與本地塊1#樓進行比較。具體詳見表1。

表1 本項目及集美項目結構信息統(tǒng)計表

經(jīng)分析影響建筑物結構用鋼量主要有以下幾個因素:

1）建筑物豎向高寬比過大

高層建筑的高寬比，是對結構剛度、整體穩(wěn)定、承載能力和經(jīng)濟合理性的宏觀控制[2]。因本建筑物南側陽臺不能設置結構豎向構件，需要內退，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軟件計算的等效高寬比為10。此項指標嚴重超過《高規(guī)》第3.3.2條剪力墻結構高寬比不宜超過6的推薦性標準。雖然從結構安全角度考慮高寬比不是必須滿足的，但這個限值主要是控制結構的經(jīng)濟性。高寬比大的建筑其結構整體穩(wěn)定性不如高寬比小的建筑，為了保證結構的整體穩(wěn)定并控制結構的側向位移，必要設置較剛強的抗側力構件來提高結構的側向剛度[1],從模型來看,布置的剪力墻明顯多于一般的高層建筑，在無法增加剪力墻長度前提下只能通過增加剪力墻墻厚提高抗側剛度來滿足位移指標實屬無奈之舉。同樣由于高寬比過大的原因，底部剪力墻端部出現(xiàn)拉應力，需要配置較多受力鋼筋，拉應力較大處甚至需要配置型鋼，大大增加了鋼筋用量。

2）水平抗側力構件不同軸線

剪力墻的抗側剛度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)揮豎向構件的側向剛度、整體穩(wěn)定性，尤其是聯(lián)肢剪力墻按殼元模型計算，剛度更大，更易滿足規(guī)范要求的整體位移指標。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開的，在該方向上無法形成一榀連續(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，卻無法提高側向剛度的原因。

3）開洞樓板形成的躍層剪力墻

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

4）建筑布置不規(guī)則

如圖1所示，建筑偶數(shù)層為躍層，戶型內部需要進行改造，特別是南側陽臺擴為客廳，北側的走廊擴展為臥室導致X方向均不能設置X向剪力墻，且南外側不能拉外框梁，只能在戶內設置短的水平墻肢，其發(fā)揮的效果明顯差于在結構外側設置X向剪力墻貢獻的剛度，兩個方向抗側力構件無法協(xié)同作用整體抗扭剛度較差，為抵抗X向抗扭剛度，在南側開洞處端部設置端柱，豎向構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措施。

6）平面長寬比

平面過于狹長的建筑物在地震時由于兩端地震波輸入有相位差而容易產生不規(guī)則振動，產生較大的震害。且長寬比過大，兩個主軸方向的動力特性相差較大，導致結構扭轉效應更明顯，從而使得構件配筋增大。本建筑物典型寬度僅8.2 m，而建筑長度達80 m，長寬比L/B接近10，屬于狹長建筑。而在《高規(guī)》條文規(guī)定，L/B在6、7度抗震設計時最好不超過4。

7）平面超長

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

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。結構平面布置越簡單、規(guī)則、剛度質量和承載力越均勻，結構造價則越低，反之亦然。集美項目所在地域和建筑高度與本項目1#樓接近，但是因建筑體型較規(guī)則，其鋼筋用量卻遠低于后者。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#樓比集團結構限額指標高出24%也是在合理范圍。

3 結論和建議

在高層住宅中，結構造價占房屋建筑總造價比例較大。結構設計師應樹立成本控制的意識，重視概念設計，提前介入，從工程宏觀上控制建筑結構成本。

土地資源的日益緊缺導致建筑高寬比的增大，當建筑規(guī)劃確定時，結構專業(yè)只能在已有條件下進行設計。但結構設計師也應與建筑師緊密合作，通過優(yōu)化建筑體型往往能取得良好的效果，從而節(jié)約結構造價。

當前許多地產公司要求在設計中落實結構限額經(jīng)濟指標，筆者認為缺乏依據(jù)。每個項目都處于不同地域環(huán)境、具有不同的特征，其結構造價指標也必然相差很大，不存在統(tǒng)一的標準，也不應有統(tǒng)一的標準。但結構優(yōu)化的思維、成本控制的意識仍應在貫穿整個結構設計過程中。

高寬比的增大會導致底層剪力墻出現(xiàn)較大的拉應力，躍層樓板開洞使得樓板應力變得復雜。建議對此類高層建筑的性能目標作進一步的分析，如中震、大震作用下的應力分析，以保證結構的安全性。

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

[2]JGJ3-2010,高層建筑混凝土結構技術規(guī)程[S].

[3]林同炎,S D斯多臺伯利.結構概念和體系[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,1992.

[4]汪大綏,周建龍,包聯(lián)進.超高層建筑結構經(jīng)濟性分析[J].建筑結構,2012(5):42.