1、住宅建筑大跨度板结构设计探析摘要：文章主要分析了住宅设计时结构空间与建筑空间的关系，提出了结构满足建筑空间变化的条件及手段，并提出了低肋大跨度板住宅结构设计相关的问题。根据多年的工程实践，良好的住宅结构不仅依赖于经济有效的大跨度板，而且倡导与多工种的协调与配合。低肋大跨度板是现浇实心混凝土板的改进型板，这种板的跨越能力、经济指标和工程应用的可行性，展示了低肋大跨度板技术的独特性与优越性。 关键词: 住宅;低肋板;结构设计;空间关系 Abstract: the article mainly analyzes the residential design structure space and b
2、uilding space when the relationship, and puts forward the structure building space changing conditions meet and means, and put forward the low rib big span board residential structure design related problems. Based on many years of engineering practice, good residential structure not only dependent
3、on economic and effective big span plates, and advocate and coordination and cooperate with more work. Low rib big span plate is cast-in-situ concrete board in the very solid board, the board, spanning capacity economic indicators and engineering application feasibility, show the low side of large s
4、pan board technology uniqueness and superiority. Keywords: residential; Low rib board; Structure design; Space relation 中图分类号：TU318 文献标识码：A 文章编号： 1 住宅设计中的建筑空间与结构空间的关系 对于以往的住宅结构设计，主要是在建筑确定的平面与空间上划分结构的平面与空间，当结构的平面与空间划分完成后，建筑的平面与空间就不容易随意变动，否则就会出现建筑划分的平面与空间和结构划分的平面与空间相矛盾，其结果是墙、柱、梁等结构构件出现在不该出现的地方。因此，住宅设计
5、的第一个结构问题是静态的结构空间与动态的建筑空间分割之间的矛盾。要解决以上的矛盾，应注意以下几点： 1.1 结构的静态空间分割包容建筑的动态空间分割 建筑划分的空间应包含两个或两个以上的基本空间。如图 1 所示，本住宅建筑可变区域主要集中在住户的入口空间处，包含了入户花园、客厅、厨房、餐厅和一个单人卧室四个基本建筑空间。结构为实现其可变性，可以采用两种手法划分结构空间。 图 1 建筑设计的空间划分 （1）以梁为依托的空间划分(图 2)。它的结构实现是普通现浇混凝土框架结构+现浇实心混凝土板,这种结构方案尽管给建筑提供了重新分割空间的可能，但由于梁的存在，分割受到约束和影响。 （2）以板为依托的
6、空间划分(图 3) ，它的结构实现是普通混凝土结构+现浇实心混凝土板，但在可变区域采用低肋大跨度板，这种结构方案对建筑重新分割空间几乎没有约束， 是结构满足可变性住宅设计比较理想的状态。由于板和梁在划分结构空间时的差别，要提高住宅结构的可变性，就需要大跨度的板。考察住宅建筑的设计规律，可以得出该住宅设计需要的大跨度板的跨度范围一般在 59m，这样跨度的板结构有许多方法可以实现。 图 2 以梁为依托的空间划分图 3 以板为依托的空间划分 2.1 加大结构空间分割的尺度，以“一户一板”的设计为主 加大结构空间分割的尺度是提高结构适应性的基本手法，但不同的加大方法会导致不同的结果，并最终影响建筑物的
7、经济指标。简单的一户一板的设计思想，看似可以提供高度的灵活性,并没有太大的实际意义。1)建筑空间的变化并不需要如此灵活，2)是这样的住宅设计与建造技术难度大，也难以使住宅的经济指标达到市场可以接受的程度。建筑师们早已深刻而细腻地研究了住宅的可变性设计问题，他们认为住宅可变性设计实际是不同的，比较多地依赖于结构技术，因此完全的可变性设计不太实用。这就说明，结构在参与可变性设计的研究时，要注意经济指标与实用性。结构在加大空间分割时，有的方法有利于降低结构成本，有的方法则不利于。 2 住宅建筑低肋大跨度板结构设计 2.1 低肋大跨度板的性能分析 从图 2、图 3 的对比可以看出，大跨度板在满足住宅适
8、应性与可变性方面的优点。目前我国住宅在楼盖部分主要还是采用钢筋混凝土结构，主要以现浇实心混凝土板为主。现浇实心混凝土板在板的跨度不大时，具有许多优点，但当板的跨度较大时，结构自重大、材料消耗多、结构经济指标不好等弊端就会显现。低肋大跨度板又称密肋夹心楼盖，它具有施工与设计方法简单， 结构重量轻，隔声、隔热、保温性能好，并在板的跨度较大时经济指标优于现浇实心混凝土板等优点。如图 4 中，有关现浇实心混凝土板的数据来自国内几个住宅工程实例的统计结果，低肋大跨度板的数据主要来自理论计算结果，但已考虑了构造配筋。从图中可以看出，低肋大跨度板作为现浇实心混凝土板的改进型板，在 68m跨度区间钢筋用量和
9、56m 区间的现浇实心混凝土板相当，而单位面积上的混凝土厚度只有现浇实心混凝土板的 0.620.72 倍。理论分析表明低肋大跨度板的适用跨度在 59m，适合用来解决可变性住宅设计中的结构问题。 图中和类均为普通混凝土现浇实心板, 和类均为低肋大跨度板 图 4 低肋大跨度板与现浇实心混凝土板钢筋用量与跨度关系 2.2 低肋大跨度板的设计手法 低肋大跨度板住宅设计，通常采用干湿分区和局部划分可变区域的设计手法。这样做是有利于控制可变区域的面积，并在不同的区域采用不同形式的板，从而保证楼盖部分的经济指标。 住宅的平面设计强调功能分区，洁污分区。洁区常常对应干区，污区常常对应湿区。对于结构而言，处理湿
10、区的困难主要是卫生间结构板面降低的问题。由于板面降低，板的连续性被打断，结构不得不在降板区域的周边加设梁来进行过渡。因此从结构的角度，湿区在住宅内部是不能随意挪动的；湿区和干区的分界处常常也是结构的分界处；遵循干湿分区且湿区相对固定的设计原则有利于结构处理问题和降低结构成本。2.3 低肋大跨度板住宅结构设计注意问题 低肋大跨度板虽然在单跨板上表现出一定的优越性，但要在整栋建筑上也获得良好的设计结果，还需要在设计中解决好许多问题。总结以往相关的结构研究经验，下面几个问题是低肋大跨度板住宅设计与研究中应当注意的问题。 （1）设计方法研究。关于适应性与可变性住宅设计方法的研究，建筑常常可以在一个户型
11、上以平面设计为主讨论和分析它的设计问题，但结构不能这样，结构除了对单个户型平面讨论外，还需要从整栋建筑上思考结构方案，从而获得有关低肋大跨度板住宅乃至其它大跨度板住宅设计比较完整的认识，目前结构比较欠缺这方面的认识。 （2）填块的安定性。填块的安定性是指在低肋大跨度板的整个正常使用与工作期间，填块能否持续稳定工作的问题，它涉及填块与混凝土接触面的变形、 填块自身的变形以及填块处有悬挂荷载时填块的受力等问题。 （3）主体结构抗侧力体系的构成。低肋大跨度板适用跨度 59m，若建筑层高控制为 3m，一般受建筑采光限制，建筑物周边的梁梁高不宜大于 600mm,建筑物内部的梁梁高虽然可以做到 800mm
12、，但实际也不宜这样设计。因此受梁高限制，住宅建筑的柱距不能取得太大，再加上其它多种因素的影响，低肋大跨度板住宅结构平面布置会出现较多的“半跨柱” 。半跨柱的出现削弱了主体结构抗侧移的能力， 也会限制建筑物可建层数。此外，每个单元每户都采用较大的可变区域，整栋住宅就会形成较为空旷的结构形式。柱子较少的空旷结构抗侧移能力下降，抗震性能不好。这些因素结合到一起，使低肋大跨度板住宅的抗侧力体系的构成不同于一般的混凝土住宅结构。 （4）计算方法与板面荷载取值。低肋大跨度板住宅结构设计计算可以和普通现浇混凝土结构住宅设计计算一样，分为现浇板计算和主体结构计算两个方面。不同的是在现浇板设计中，板是低肋大跨度
13、板，其计算可以采用梁、壳单元有限元分析法或简化计算法。板面荷载原则上应按建筑结构荷载规范第 4.1.1 条注 5 确定，即将板上的墙看作位置可以灵活自由布置的非固定隔墙，这样处理也比较符合适应性与可变性住宅设计的本意。不过，由于低肋大跨度板的负荷范围大，活荷载的折减是一个需要注意的问题，要获得良好的经济指标，还需要对此问题进行研究。 4 结束语 综上所述，满足住宅结构要求的主要方法是采用大跨度的板。现浇实心混凝土板虽然具有许多优点, 但在跨度超过 6m 时，经济指标不好。低肋大跨度板作为现浇实心混凝土板的改进型板，适用跨度范围为59m，适合用于解决住宅设计中的结构问题，但要达到工程应用并获得良好的经济指标，除了单块板性能的改进外，还要加大对结构整体的研究。 参考文献 1鲁崇心.低肋大跨度板肋间填块受力问题研究D.武汉：华中科技大学土木工程与力学学院,2005. 2 胡幸生，费久猴. 低肋大跨度板计算方法的对比研究J.华中科技大学学报(城市科学版)，2006，(1):23- 26.
