淺談結(jié)構(gòu)跨度、柱(墻)距的設(shè)計(jì)優(yōu)化與實(shí)踐

(湖南宏藝建筑設(shè)計(jì)有限公司 湖南 長(zhǎng)沙 410000)

淺談結(jié)構(gòu)跨度、柱(墻)距的設(shè)計(jì)優(yōu)化與實(shí)踐

孫俊興

(湖南宏藝建筑設(shè)計(jì)有限公司湖南長(zhǎng)沙410000)

跨度是針對(duì)梁板等水平構(gòu)件的表述，但影響梁板跨度的則是墻、柱等豎向構(gòu)件的布置與間距。從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性而言，首要的是豎向構(gòu)件在平面上布置的規(guī)則性與均勻性，其次是豎向構(gòu)件間距的大小。現(xiàn)就以上方面進(jìn)行探討，以期給結(jié)構(gòu)同行們參考。

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；豎向構(gòu)件；優(yōu)化設(shè)計(jì)

一、豎向構(gòu)件平面布置的規(guī)則性與均勻性

作為房地產(chǎn)開發(fā)主流產(chǎn)品的高層住宅，大多數(shù)為鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)，豎向承重與抗側(cè)力構(gòu)件全部為鋼筋混凝土剪力墻。受戶型的限制，結(jié)構(gòu)專業(yè)的可調(diào)性不大，剪力墻只能在建筑專業(yè)有分隔墻的部位設(shè)置，因此想保證剪力墻布置的絕對(duì)規(guī)則與均勻不大可能。

因此一個(gè)有經(jīng)驗(yàn)的建筑師或者設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)，在進(jìn)行戶型設(shè)計(jì)及戶型組合平面設(shè)計(jì)時(shí)，就應(yīng)納入結(jié)構(gòu)因素，其中最重要的就是剪力墻的布置。建筑方案過程中的戶型平面要經(jīng)過建筑、結(jié)構(gòu)、及設(shè)備專業(yè)充分協(xié)調(diào)配合，既要達(dá)到既定的建筑平立面效果，又要滿意建筑使用功能，同時(shí)建筑造價(jià)要在一個(gè)經(jīng)濟(jì)合理的范圍內(nèi)。

退一步說，即便在建筑專業(yè)戶型及組合平面既定的前提下，結(jié)構(gòu)專業(yè)并非無所作為，因?yàn)椴⒉皇撬薪ㄖ魤μ幎夹枰O(shè)置剪力墻，因此在哪些建筑隔墻處設(shè)剪力墻、哪里不設(shè)剪力墻，不同的結(jié)構(gòu)工程師就會(huì)有不同的布置方式，對(duì)剪力墻布置的規(guī)則性與均勻性就產(chǎn)生了影響，也就有了優(yōu)劣之分。

所謂優(yōu)劣，也沒有一個(gè)絕對(duì)標(biāo)準(zhǔn)。在滿足建筑功能與結(jié)構(gòu)整體分析指標(biāo)(周期、位移等)的前提下，剪力墻數(shù)量相對(duì)較少、平面布置規(guī)則、均勻者為佳。剪力墻布置的規(guī)則、均勻不但可使梁的布置比較規(guī)則，也可使梁板跨度比較均勻，可降低各層樓蓋的用鋼量、對(duì)于剪力墻結(jié)構(gòu)下的筏型基礎(chǔ)，均勻的剪力墻布置可有效降低筏板厚度及計(jì)算用鋼量。筆者曾設(shè)計(jì)過的長(zhǎng)沙盛世耀凱項(xiàng)目的地下車庫(kù)，僅僅由于個(gè)別柱柱列上，即導(dǎo)致梁跨度由標(biāo)準(zhǔn)柱8100mm增大到8477mm及9025mm，跨度增大的梁截面尺寸由500X1000mm增大550mmX1100mm，梁高增加了100mm，而此處恰為主車道位置，因此必然導(dǎo)致整個(gè)地下車庫(kù)層高增加100mm.同時(shí)還出現(xiàn)了梯形與平行四邊形等非標(biāo)準(zhǔn)板塊，均會(huì)導(dǎo)致含鋼量的增加。

二、豎向構(gòu)件的水平間距

對(duì)于剪力墻結(jié)構(gòu)，受限于房間開間大小，只要剪力墻布置合理，剪力墻間距一般不會(huì)超過5.0m，梁高一般不超過500mm，對(duì)于2.8～2.9m層高的住宅來說，一般不會(huì)因?yàn)榱焊叨绊懛课輧舾摺Ｒ虼思袅﹂g距對(duì)于樓蓋結(jié)構(gòu)的用鋼量影響不大。對(duì)于大型商業(yè)建筑或地下停車庫(kù)(地上停車樓)等框架結(jié)構(gòu)(或含少量剪力墻的框架結(jié)構(gòu))，除了前文所述柱網(wǎng)的規(guī)則性與均勻性之外，柱距梁跨是影響建筑造價(jià)的一個(gè)最主要因素，通常大柱網(wǎng)樓蓋系統(tǒng)用鋼量較大、但可使建筑獲得更大的空間及更靈活的布置，反之柱網(wǎng)小則樓蓋用鋼量較少,但柱網(wǎng)尺寸的減少必然導(dǎo)致柱子數(shù)量的增多，從而使柱構(gòu)件的混凝土與鋼筋用量增加，因受力及構(gòu)造方面增加的縱向鋼筋及加密區(qū)箍筋大幅度增加，有時(shí)占全部用鋼量的20%以上。同時(shí)較小的柱網(wǎng)尺寸會(huì)使建筑布局的靈活性大大降低，較多的柱子會(huì)導(dǎo)致使用的不便及空間利用率的降低。

對(duì)于商業(yè)建筑，必須保證各使用功能合理的情況下，盡可能增加理更多的營(yíng)業(yè)面積，這需要依據(jù)商場(chǎng)的規(guī)模定位、商場(chǎng)所處的環(huán)境、消費(fèi)者流量等計(jì)算出柱網(wǎng)柱距，另外柱距柱跨的的確定還要依據(jù)使用盡高、水電通風(fēng)設(shè)備、裝修吊頂高度等因素綜合確定，大多數(shù)情況下，南方非采暖地區(qū)，商場(chǎng)經(jīng)濟(jì)柱跨在6.8～9米。

對(duì)于旅館、辦公類建筑，柱網(wǎng)尺寸取決于合適的客房開間，而合適的客房開間又取決

于合理的家具布置、功能需要以及衛(wèi)生間的布置，通常3.6m～3.8m開間能滿足家具布置及辦公需要。

對(duì)于地下車庫(kù)，停車量的多少以及交通流線的組織，決定了柱網(wǎng)的選擇。柱網(wǎng)尺寸符合停車位模數(shù)，會(huì)使相同面積下的停車效率大大提高，否則則會(huì)產(chǎn)生大量的無效面積，使停車效率大打扣。以小汽車為例，若每個(gè)柱距停3臺(tái)車的，則采用7.8m是其下限值，如果采用5m的柱網(wǎng)，就意味著每一個(gè)柱距最多放2臺(tái)車。同理，對(duì)于高層結(jié)構(gòu)隨著柱子尺寸的增大，每個(gè)柱距要停放3輛車，7.8m柱距比較緊張，這時(shí)，8.0m或更大一點(diǎn)的柱距才比較合適。可見，尋求合適的柱網(wǎng)尺寸，必須根據(jù)具體的功能需求、具體的建筑規(guī)模和層數(shù)來選擇合適的柱距尺寸，必須盡可能全面地考慮所有會(huì)影響到柱網(wǎng)合理尺寸的因素、并對(duì)它們一一進(jìn)行詳細(xì)分析，綜合確定。

商業(yè)或辦公類建筑對(duì)開間或進(jìn)深的要求一般不高，因此，對(duì)于地下為停車需求、地上為商業(yè)、辦公類需求且停車配比要求比較高的工程，柱網(wǎng)尺寸應(yīng)該依地下停車庫(kù)的經(jīng)濟(jì)柱網(wǎng)而定，當(dāng)一個(gè)柱距按停3輛車考慮時(shí)，柱網(wǎng)尺寸可從7.8m～8.4m不等。7.8m為一個(gè)柱距停3輛車的下限,對(duì)應(yīng)于層數(shù)較少時(shí)600mmx600mm的柱截面尺寸及2.4m×5.3m的標(biāo)準(zhǔn)車位尺寸，而8.4m柱距一般是車庫(kù)結(jié)構(gòu)柱網(wǎng)尺寸的上限，對(duì)應(yīng)于800mmX800mm及以上的柱截面尺寸、機(jī)械停車庫(kù)或個(gè)別城市對(duì)車位尺寸要求較大的情況。無特殊情況，柱網(wǎng)尺寸盡量靠近7.8m的下限，必要時(shí)可改方形柱為矩形柱也是可行的，比如將600mmX600mm柱改為500mmX700mm柱，甚至400mmX900mm柱等。長(zhǎng)沙市盛世耀凱項(xiàng)目即采用600mmX700的柱截面尺寸，橫向柱網(wǎng)尺寸為7800mm。

以上分析的是等跨柱距尺寸的設(shè)計(jì)問題，具體工程中，不等跨柱距也是經(jīng)常出現(xiàn)在我們的設(shè)計(jì)中。比如，一棟普通辦公綜合樓或者寫字樓，橫向和縱向因?yàn)榉謩e滿足開間和進(jìn)深的需要，一般是不等跨的。前面提到的停車庫(kù)，變化較大的也只是橫向柱網(wǎng)尺寸，縱向柱網(wǎng)尺寸對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)車位長(zhǎng)度為5300mm普通停車庫(kù)來說，基本可鎖定在8100mm，如果縱向柱網(wǎng)尺寸也隨橫向柱網(wǎng)尺寸增大，浪費(fèi)的面積就比較多了，因此采用縱橫兩個(gè)方向不等距的柱網(wǎng)尺寸會(huì)比較經(jīng)濟(jì)。上述長(zhǎng)沙盛世耀凱項(xiàng)目，采用的即是7800mmx8100mm縱橫兩個(gè)方向不等距的柱網(wǎng)尺寸。還有就是車庫(kù)的邊跨，因邊跨只能停一排車，車位長(zhǎng)度也只需5300mm，若也采用7.8～8.4m的大柱距，則浪費(fèi)的面積就太大了。

綜上所述，柱距柱網(wǎng)的合理選擇，需要依據(jù)設(shè)備布置、使用功能、建筑風(fēng)格、土建成本等綜合考慮，不能一概而論。但合適的柱網(wǎng)有其內(nèi)在規(guī)律性，需要針對(duì)不同的建筑設(shè)備、建筑經(jīng)濟(jì)、建筑標(biāo)準(zhǔn)、建筑功能等各種因素具體分析、周密思考。最主要的是結(jié)構(gòu)和功能應(yīng)當(dāng)兼顧，在確保功能要求的前提下確定經(jīng)濟(jì)合理的柱距柱跨。只有這樣，才能建造出功能齊全、經(jīng)濟(jì)適用且造型美觀的建筑產(chǎn)品，使建筑設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和諧共存，更好的為社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展及社會(huì)進(jìn)步服務(wù)。

[1]李國(guó)勝.混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)禁忌及實(shí)例.中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2007

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[3]李文冰.建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法及實(shí)例.中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2016

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孫俊興(1979.2-)，男，工程師，本科，湖南邵東人，國(guó)家一級(jí)注冊(cè)結(jié)構(gòu)師，主要從事建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作。