板式住宅（高寬比、長寬比超限）結構安全性、經濟性分析

羅寧

（湖南大象建筑規劃設計有限公司 湖南長沙 410000）

隨著我國家經濟不斷發展，城市建設開發不斷擴大，城市土地資源逐漸緊缺，高層住宅樓開始不斷發展并且創新，最近幾年板式高層住宅戶型憑借其高利用率、南北通透等優良特性得到越來越多業主的青睞，但任何事物都具有兩面性，板式高層住宅也有其缺陷，例如最明顯的就是結構高寬比，長寬比超限，對于結構工程而言，應結合工程實際給出不同結構布置在各工況下的合理的經濟性和安全性，使建設方知曉不同布置的利弊并做出相應抉擇，達到國家所提倡的綠色建筑節能減耗要求。

1 工程案例

常德石門某板式住宅樓，層數33層，層高3m，總高度99.6m，典型樓板寬為 8.7m，長 36m。屬于典型的長寬比（4.137：1），高寬比（11.44：1）超限結構。本工程屬于6度區，II類場地，場地類別C類，風壓（R=50）0.30kN/m2，承載力設計風壓取0.3*1.1=0.33kN/m2，剪力墻混凝土等級C45～C30，鋼筋等級均為HRB400，剪力墻結構，抗震等級三級。初步設計剪力墻布置時，根據以往6度區高層住宅的工程經驗，周邊墻體在建筑條件允許的情況下盡量采用長墻體，兩側為小開間中的剪力墻墻長在不形成短肢剪力墻情況下布置，大開間中的剪力墻則根據軸壓比情況控制墻長；剪力墻初步布置后，進入初步結構模型調整。

2 工程指標計算

初步模型結果指標見表1。

表1

由表1可以看出，整體指標均除了Y向風荷載作用下的層間位移角，其他指標均滿足規范要求。由此可見出本工程整體指標由風荷載起控制作用，因長寬比、高寬比超限，一般情況下均是Y向的抗側剛度在大面積受風載情況下樓層位移過大導致層間位移角（Δu/h）不滿足要求所致，需增加相應的剛度滿足《高規》3.7.3條的要求。

繼續調整模型后采用相應加強措施如圖1所示：①增加①②③3片較長的剪力墻，其他部分剪力墻加長。②圖中標注LL處在建筑有條件下調整為強連梁，增加整體抗彎剛度。③兩端部剪力墻Y向厚度調整為250mm。④電梯前室增加Y向300*300框架梁，使傳力更直接。最終Y向風荷載作用下的層間位移角指標為1/1010，滿足規范要求。

圖1

3 工程對比分析

上述工程整體指標模型調整完畢后，再查看構件指標，經查剪力墻軸壓比絕大部分小于0.5，部分小于0.4（《高規》7.2.13，二三級抗震軸壓比限值0.6），此指標表明本工程剪力墻的豎向剛度和抗側剛度未協調充分利用，但從剪力墻布置及建筑功能來看，在功能許可的位置均布置了剪力墻，甚至在部分位置布置了強連梁形成類似筒體增加結構整體抗側剛度。

表1

最后查看經濟性指標（標準層結構主要構件含鋼量）：

綜合表1和以往同條件下，但長寬比、高寬比未超限工程來對比，混凝土用量增加0.02m3/m2，鋼筋用量增加2kg/m2。主要材料的增加均由于剪力墻較長，由整體側向剛度控制。

《高規》3.3.2條及其條文說明規定：6度、7度剪力墻結構適用的最大高寬比為6：1；高層建筑的高寬比，是對結構剛度、整體穩定、承載能力和經濟合理性的宏觀控制指標，在結構設計滿足規定的承載力、穩定、抗傾覆、變形和舒適度等基本要求后，僅從結構安全角度高寬比限值不是必須滿足的，主要影響結構設計的經濟性。

《高規》3.4.3條及其條文說明規定：6度、7度高層建筑長寬比不宜超過 4：1。

長寬比、高寬比超限的結構，俗稱為“紙片樓”。此類建筑布置尤其是在超高層的設計中需提出更為嚴格的要求。

4 結構設計建議

（1）高寬比超限屬于結構設計的一般不規則項。對高寬比超限的結構應特別注意加強對結構穩定性的驗算：

①對類似本文工程案例地震作用影響相對較小的建筑，應特別注意風荷載的影響，必要時可按1.1倍風壓值（R=50年一遇）計算。

②抗震設計的建筑，除按上述1）驗算風荷載對結構穩定的影響外，還應注意地震作用下結構的穩定問題，必要時可驗算結構在設防烈度地震作用下的穩定問題。本文案例工程因地震作用下指標有一定富余，故未做設防烈度下地震作用的驗算。

③對高寬比、長寬比較大的高層建筑，宜采用整體性、穩定性較好的基礎形式，如雙向條形基礎，筏板基礎及樁筏基礎。上述案例工程采用預應力管樁樁筏基礎，提高建筑整體穩定性，當然本文案例工程剪力墻較多且密也是采用此類基礎的原因之一。

④高設防烈度下（Ⅶ度0.15g、Ⅷ度及以上）及場地類別為A類、B類情況下應嚴格控制建筑的高寬比及長寬比，本文案例僅在Ⅵ度設防條件下，風荷載控制的整體平動位移過大，主要通過增加、增長剪力墻來滿足整體剛度的要求；高烈度下還應考慮由地震引起的扭轉位移，因大部分工程角部增加剪力墻的條件有限，往往結構分析計算很難通過規范指標，即使通過也需增加大量的抗側構件來滿足，造成工程經濟指標超標。

（2）建筑布置是影響結構布置的關鍵因素，合理的建筑布置對結構設計非常重要，高層建筑采用簡單對稱、規則均勻的結構平面，結構具有明確的傳力途徑，，能較為準確地估計結構在豎向荷載、風荷載及地震作用下的效應，結構具有明確的關鍵部位，便于采取相應的結構措施，且結構措施的有效性大為提高。當采用不規則結構或超限結構時，將難以估計在豎向荷載、風荷載及地震作用下的反應，難以準確把握結構的薄弱層及關鍵部位，結構措施的有效性大打折扣，結構設計費用高，效果差。

5 總結

綜上所述，高層住宅樓高寬比超限結構的出現，順應了國家城市化的進程，也是城市土地資源緊缺情況的必要措施，高層住宅樓的設計和研究具有重要意義，設計和研究過程中應該注意和避免一些問題，這對提高我國高層建筑領域的技能和水平，都有著重要的意義和作用。總之，高層住宅樓發展前景廣闊，對其高寬比超限結構的設計要求也將更加嚴格。