羅寧

（湖南大象建筑規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司 湖南長沙 410000）

隨著我國家經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，城市建設(shè)開發(fā)不斷擴(kuò)大，城市土地資源逐漸緊缺，高層住宅樓開始不斷發(fā)展并且創(chuàng)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(yōu)良特性得到越來越多業(yè)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(jié)構(gòu)高寬比，長寬比超限，對于結(jié)構(gòu)工程而言，應(yīng)結(jié)合工程實(shí)際給出不同結(jié)構(gòu)布置在各工況下的合理的經(jīng)濟(jì)性和安全性，使建設(shè)方知曉不同布置的利弊并做出相應(yīng)抉擇，達(dá)到國家所提倡的綠色建筑節(jié)能減耗要求。

1 工程案例

常德石門某板式住宅樓，層數(shù)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(jié)構(gòu)。本工程屬于6度區(qū)，II類場地，場地類別C類，風(fēng)壓（R=50）0.30kN/m2，承載力設(shè)計(jì)風(fēng)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(jié)構(gòu)，抗震等級三級。初步設(shè)計(jì)剪力墻布置時，根據(jù)以往6度區(qū)高層住宅的工程經(jīng)驗(yàn)，周邊墻體在建筑條件允許的情況下盡量采用長墻體，兩側(cè)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(jù)軸壓比情況控制墻長；剪力墻初步布置后，進(jìn)入初步結(jié)構(gòu)模型調(diào)整。

2 工程指標(biāo)計(jì)算

初步模型結(jié)果指標(biāo)見表1。

表1

由表1可以看出，整體指標(biāo)均除了Y向風(fēng)荷載作用下的層間位移角，其他指標(biāo)均滿足規(guī)范要求。由此可見出本工程整體指標(biāo)由風(fēng)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(cè)剛度在大面積受風(fēng)載情況下樓層位移過大導(dǎo)致層間位移角（Δu/h）不滿足要求所致，需增加相應(yīng)的剛度滿足《高規(guī)》3.7.3條的要求。

繼續(xù)調(diào)整模型后采用相應(yīng)加強(qiáng)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(biāo)注LL處在建筑有條件下調(diào)整為強(qiáng)連梁，增加整體抗彎剛度。③兩端部剪力墻Y向厚度調(diào)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(fēng)荷載作用下的層間位移角指標(biāo)為1/1010，滿足規(guī)范要求。

圖1

3 工程對比分析

上述工程整體指標(biāo)模型調(diào)整完畢后，再查看構(gòu)件指標(biāo)，經(jīng)查剪力墻軸壓比絕大部分小于0.5，部分小于0.4（《高規(guī)》7.2.13，二三級抗震軸壓比限值0.6），此指標(biāo)表明本工程剪力墻的豎向剛度和抗側(cè)剛度未協(xié)調(diào)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(qiáng)連梁形成類似筒體增加結(jié)構(gòu)整體抗側(cè)剛度。

表1

最后查看經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)（標(biāo)準(zhǔn)層結(jié)構(gòu)主要構(gòu)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(cè)向剛度控制。

《高規(guī)》3.3.2條及其條文說明規(guī)定：6度、7度剪力墻結(jié)構(gòu)適用的最大高寬比為6：1；高層建筑的高寬比，是對結(jié)構(gòu)剛度、整體穩(wěn)定、承載能力和經(jīng)濟(jì)合理性的宏觀控制指標(biāo)，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)滿足規(guī)定的承載力、穩(wěn)定、抗傾覆、變形和舒適度等基本要求后，僅從結(jié)構(gòu)安全角度高寬比限值不是必須滿足的，主要影響結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性。

《高規(guī)》3.4.3條及其條文說明規(guī)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(jié)構(gòu)，俗稱為“紙片樓”。此類建筑布置尤其是在超高層的設(shè)計(jì)中需提出更為嚴(yán)格的要求。

4 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)建議

（1）高寬比超限屬于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一般不規(guī)則項(xiàng)。對高寬比超限的結(jié)構(gòu)應(yīng)特別注意加強(qiáng)對結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的驗(yàn)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(yīng)特別注意風(fēng)荷載的影響，必要時可按1.1倍風(fēng)壓值（R=50年一遇）計(jì)算。

②抗震設(shè)計(jì)的建筑，除按上述1）驗(yàn)算風(fēng)荷載對結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的影響外，還應(yīng)注意地震作用下結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定問題，必要時可驗(yàn)算結(jié)構(gòu)在設(shè)防烈度地震作用下的穩(wěn)定問題。本文案例工程因地震作用下指標(biāo)有一定富余，故未做設(shè)防烈度下地震作用的驗(yàn)算。

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

④高設(shè)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(yīng)嚴(yán)格控制建筑的高寬比及長寬比，本文案例僅在Ⅵ度設(shè)防條件下，風(fēng)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(yīng)考慮由地震引起的扭轉(zhuǎn)位移，因大部分工程角部增加剪力墻的條件有限，往往結(jié)構(gòu)分析計(jì)算很難通過規(guī)范指標(biāo)，即使通過也需增加大量的抗側(cè)構(gòu)件來滿足，造成工程經(jīng)濟(jì)指標(biāo)超標(biāo)。

（2）建筑布置是影響結(jié)構(gòu)布置的關(guān)鍵因素，合理的建筑布置對結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)非常重要，高層建筑采用簡單對稱、規(guī)則均勻的結(jié)構(gòu)平面，結(jié)構(gòu)具有明確的傳力途徑，，能較為準(zhǔn)確地估計(jì)結(jié)構(gòu)在豎向荷載、風(fēng)荷載及地震作用下的效應(yīng)，結(jié)構(gòu)具有明確的關(guān)鍵部位，便于采取相應(yīng)的結(jié)構(gòu)措施，且結(jié)構(gòu)措施的有效性大為提高。當(dāng)采用不規(guī)則結(jié)構(gòu)或超限結(jié)構(gòu)時，將難以估計(jì)在豎向荷載、風(fēng)荷載及地震作用下的反應(yīng)，難以準(zhǔn)確把握結(jié)構(gòu)的薄弱層及關(guān)鍵部位，結(jié)構(gòu)措施的有效性大打折扣，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)費(fèi)用高，效果差。

5 總結(jié)

綜上所述，高層住宅樓高寬比超限結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)，順應(yīng)了國家城市化的進(jìn)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(shè)計(jì)和研究具有重要意義，設(shè)計(jì)和研究過程中應(yīng)該注意和避免一些問題，這對提高我國高層建筑領(lǐng)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(fā)展前景廣闊，對其高寬比超限結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求也將更加嚴(yán)格。