瀘定移民建筑設(shè)計(jì)中結(jié)構(gòu)體系與建筑功能的適應(yīng)性探究

唐翠華，唐彬耀

(中國(guó)電建集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川 成都 610072)

0 前 言

近年來，我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，基礎(chǔ)建設(shè)不斷加快，水電作為重要的可再生清潔能源，需求量大大增加，水電站工程的建設(shè)也隨著經(jīng)濟(jì)的步伐加速。移民安置工作是水電站建設(shè)過程的重要環(huán)節(jié)，隨著國(guó)家對(duì)移民群體利益及征地移民工作的重視，移民安置住宅設(shè)計(jì)也越來越重要，它不僅關(guān)系到移民以后的生產(chǎn)生活、經(jīng)濟(jì)恢復(fù)與發(fā)展，還關(guān)系到當(dāng)?shù)厣鐣?huì)的和諧與穩(wěn)定。因此，設(shè)計(jì)需要結(jié)合工程所在地的實(shí)際情況深入調(diào)查，聽取移民、建設(shè)單位及政府相關(guān)部門等多方意見，從各個(gè)方面進(jìn)行分析考慮，最終進(jìn)行合理的建筑和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

1 工程概況

瀘定水電站位于四川省甘孜藏族自治州瀘定縣境內(nèi)，為《四川省大渡河干流水電規(guī)劃調(diào)查報(bào)告》推薦的三庫22級(jí)方案中的第12個(gè)梯級(jí)水電站(上游梯級(jí)為黃金坪水電站，下游梯級(jí)為硬梁包水電站)，壩址位于瀘定縣城上游約2.5 km處，距上游康定縣城約40 km，距成都市約300 km，庫區(qū)右岸有國(guó)道G318線相通，交通較為便利。

瀘定電站主要任務(wù)是發(fā)電，無其他綜合利用要求。電站水庫長(zhǎng)約19 km，面積約7.4 km2，為一河道型水庫，壩址處控制流域面積58 943 km2，多年平均流量891 m3/s，初擬正常蓄水位1 378 m，總庫容約2.195億m3，調(diào)節(jié)庫容0.22億m3，最大壩高84 m，初擬裝機(jī)容量92萬kW，年發(fā)電量37.7億kW·h。

瀘定水電站建設(shè)征地涉及瀘定縣2個(gè)鄉(xiāng)(鎮(zhèn))、6個(gè)村民委員會(huì)和11個(gè)村民小組，涉及康定縣2個(gè)鄉(xiāng)、2個(gè)村民委員會(huì)。共需生產(chǎn)安置移民3 653人，需搬遷安置3 627人。據(jù)移民安置規(guī)劃調(diào)查，正常高水位1 378 m時(shí)，淹沒各類結(jié)構(gòu)房屋面積153 741 m2，淹沒耕地1.442×106km2。新的移民安置點(diǎn)位于瀘定縣城以北，共分為5個(gè)集中社區(qū)安置。

2 建筑布置與移民需求

該移民點(diǎn)為社區(qū)型設(shè)計(jì)，當(dāng)?shù)卣蜆I(yè)主單位在設(shè)計(jì)之初提出幾點(diǎn)規(guī)劃設(shè)計(jì)原則：

(1)遷建規(guī)劃以恢復(fù)原有社區(qū)功能和妥善安置移民為主要目標(biāo)；

(2)設(shè)計(jì)需要正確處理近期建設(shè)和遠(yuǎn)景發(fā)展的關(guān)系，合理確定遷建規(guī)模和建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)；

(3)居民點(diǎn)規(guī)劃應(yīng)同土地開發(fā)整理規(guī)劃相協(xié)調(diào)，合理布局，充分考慮地形地質(zhì)條件，避免大挖大填；

(4)節(jié)約用地，充分利用原有建設(shè)用地，少占用耕地和林地；

(5)堅(jiān)持公共設(shè)施“合理分配、合理布局”的原則。

(6)注意景觀環(huán)境設(shè)計(jì)，充分利用山地特點(diǎn)，使人工環(huán)境與自然環(huán)境有機(jī)結(jié)合創(chuàng)造富有山區(qū)小鎮(zhèn)特色的景觀。

建筑設(shè)計(jì)除了需要滿足整體規(guī)劃和建筑風(fēng)格風(fēng)貌的要求之外，還需要滿足移民的意愿訴求。由于庫區(qū)淹沒耕地面積較多，雖然進(jìn)行了山地造地工程，但是相對(duì)原有耕地顯然不夠，所以部分原有移民需進(jìn)行其他從業(yè)選擇。考慮到該移民點(diǎn)位于城郊不遠(yuǎn)處，且在318公路邊，過往車輛及游客較多，所以部分移民，特別是臨街處移民希望新的建筑戶型有較大開間的底層鋪面，二層為普通居住戶型，兼具經(jīng)商和住宅兩種需求。

移民的建筑面積大小根據(jù)個(gè)體家庭人口和原有房產(chǎn)面積大小，可選擇的有：二人戶、三四人戶、五人戶和六人戶等四種戶型，在此基礎(chǔ)上每種戶型還增設(shè)了居住型和鋪面居住型兩種不同功能布置，居住型以考慮居住為主進(jìn)行設(shè)計(jì)，鋪面居住型則兼具了鋪面和居住兩種功能；單層建筑面積約為80～120 m2；建筑層數(shù)根據(jù)個(gè)體家庭意愿有單層、雙層和三層等不同選擇。

3 建筑布置與結(jié)構(gòu)體系選擇

在建筑設(shè)計(jì)中，對(duì)建筑物功能、環(huán)境、環(huán)境創(chuàng)意及造型等方面的設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)的造型息息相關(guān)，不同層數(shù)、高度的建筑必定有不同的結(jié)構(gòu)形式、不同的平面模型和尺寸與之相對(duì)應(yīng)。一個(gè)好的設(shè)計(jì)是建筑師與結(jié)構(gòu)工程師密切合作的結(jié)果。這要求建筑師對(duì)結(jié)構(gòu)形式的基本力學(xué)特點(diǎn)及其應(yīng)用范圍有所了解，只有這樣，建筑師才能創(chuàng)造出既經(jīng)濟(jì)又合理，還能充分體現(xiàn)建筑設(shè)計(jì)師思路的作品。

目前，常見的結(jié)構(gòu)體系主要有以下幾種：磚混結(jié)構(gòu)、框架結(jié)構(gòu)、底部框架砌體結(jié)構(gòu)、剪力墻體系、框架-剪力墻體系、筒體體系等。由于本移民項(xiàng)目全部為低層建筑，所以主要考慮前三種結(jié)構(gòu)形式。

磚混結(jié)構(gòu)是采用磚墻來承重，鋼筋混凝土梁柱板等構(gòu)件構(gòu)成的混合結(jié)構(gòu)體系。適合開間進(jìn)深較小、房間面積小、多層或低層的建筑；框架結(jié)構(gòu)是由框架柱和框架梁組成的承重體系，可形成內(nèi)部的大空間，進(jìn)行靈活的建筑平面布置，但是造價(jià)相對(duì)較高；底部框架砌體結(jié)構(gòu)是一種底部一層為框架-抗震墻結(jié)構(gòu)，二層或三層為砌體承重墻的結(jié)構(gòu)體系。

綜合各方意見，最后該移民點(diǎn)主要的結(jié)構(gòu)形式選擇了底部框架砌體結(jié)構(gòu)。四人戶居住型平面布置及四人戶鋪面居住型平面布置示意見圖1～2。

圖1 四人戶居住型平面布置示意(單位：mm)

圖2 四人戶鋪面居住型平面布置示意(單位：mm)

4 底部框架砌體性能分析與結(jié)構(gòu)措施

4.1 抗震性能分析

由于底部框架砌體房屋結(jié)構(gòu)的底部設(shè)置了足夠數(shù)量的抗震墻，其底部有較大的側(cè)向剛度，水平地震作用下的側(cè)向變形可以得到有效控制。上部磚混房屋具有較大的抗側(cè)力剛度和一定的承載能力，但耗能和變形能力相對(duì)較差。越靠近底部的砌體墻體所需承受的地震剪力越大，故底部框架層上方的過渡樓層墻體比較容易在地震中發(fā)生剪切破壞。

過渡層受力比較復(fù)雜，擔(dān)負(fù)著傳遞上部的地震剪力和傾覆力矩的作用，同時(shí)受底部框架-抗震墻的彎曲變形影響，過渡層側(cè)移增大，使縱向墻體容易產(chǎn)生水平裂縫。從過往工程經(jīng)驗(yàn)中可知，墻體裂縫最容易在移民中造成不滿。因此，采用足夠的抗震構(gòu)造措施確保房屋的安全穩(wěn)定，減少裂縫的產(chǎn)生，是保證移民工程的順利推進(jìn)的必要手段。

4.2 結(jié)構(gòu)措施

底部框架砌體房屋是由兩種承重和抗側(cè)力體系構(gòu)成的結(jié)構(gòu)，具有與同一種抗側(cè)力體系構(gòu)成的房屋不同的受力變形和薄弱樓層判別的特點(diǎn)，所以需要避免出現(xiàn)特別薄弱的樓層。這類房屋結(jié)構(gòu)的抗震能力不僅取決于底部框架一抗震墻和上部砌體各自的抗震能力，而且還取決于兩者之間抗震能力的匹配程度，即兩者不能有任一部分太弱。抗震墻部分具有較好的變形能力和耗能能力，在地震力作用下不致于發(fā)生集中、嚴(yán)重的脆性破壞，而上部砌體部分的變形能力和耗能能力比較差，在地震力作用下若出現(xiàn)薄弱樓層，將會(huì)產(chǎn)生集中且嚴(yán)重的脆性破壞，因此該類結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)應(yīng)解決好房屋下部與上部結(jié)構(gòu)的抗震性能力匹配，當(dāng)上下剛度差別過大時(shí)，可通過加強(qiáng)下部抗震墻剛度或者在墻上開洞削弱抗震墻剛度等方式，使上下層剛度協(xié)調(diào)，滿足規(guī)范要求。

抗震結(jié)構(gòu)體系要求傳力合理，傳力路線不間斷且受力明確，使結(jié)構(gòu)的抗震分析與在地震時(shí)實(shí)際反應(yīng)更加相符合，是布置結(jié)構(gòu)抗側(cè)力體系時(shí)首先要考慮的條件之一。

底部框架砌體房屋的結(jié)構(gòu)布置，應(yīng)符合以下要求：上部砌體墻與底部框架梁或抗震墻，除樓梯間附近的個(gè)別墻段外均應(yīng)對(duì)齊；房屋底部應(yīng)沿縱向雙向設(shè)置一定數(shù)量抗震墻，并均勻布置；底部不應(yīng)采用單跨，應(yīng)采用雙向現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架；底部框架柱的柱距不宜過大，具體為不宜大于7.5 m，以保證底部具有足夠的側(cè)向剛度；上部砌體房屋的縱橫墻應(yīng)均勻?qū)ΨQ布置，沿豎向應(yīng)上下連續(xù)，內(nèi)縱墻不宜錯(cuò)位，保證結(jié)構(gòu)體系傳力合理及傳力路線的不間斷，且縱橫墻的數(shù)量不宜相差過大；底部框架-抗震墻砌體房屋的抗震墻應(yīng)設(shè)置條形基礎(chǔ)、筏形基礎(chǔ)等整體性好的基礎(chǔ)。

底部框架-抗震墻砌體房屋的底部框架受力復(fù)雜，具有承受上部砌體房屋傳遞的豎向荷載、地震傾覆力矩和水平地震剪力等作用，框架柱截面應(yīng)有一定剛度，矩形截面的各邊邊長(zhǎng)均不應(yīng)小于400 mm，圓形柱載面的直徑不應(yīng)小于450 mm，箍筋直徑，Ⅵ、Ⅶ度時(shí)不應(yīng)小于8 mm，Ⅷ度時(shí)不小于10 mm，并應(yīng)全高加密箍筋，間距不大于100 mm。

托墻梁載面寬度不應(yīng)小于300 mm，截面高度不應(yīng)小于跨度的1/10。箍筋直徑不應(yīng)小于8 mm，間距不應(yīng)大于200 mm，梁端在1.5倍梁高且不小于1/5梁凈跨范圍內(nèi)，以及上部墻體的洞口處和洞口兩側(cè)各500 mm，且不小于梁高的范圍內(nèi)，箍筋間距不應(yīng)大于100 mm。梁的縱向受力鋼筋和腰筋應(yīng)按受拉鋼筋的要求錨固在柱內(nèi)，且支座上部的縱向鋼筋在柱內(nèi)的錨固長(zhǎng)度應(yīng)符合鋼筋混凝土框支梁的有關(guān)要求。

抗震墻墻板周邊應(yīng)設(shè)置梁(暗梁)和端柱組成的邊框。抗震墻墻板的厚度不宜小于160 mm，且不應(yīng)小于墻板凈高的1/20。

過渡層底板的板厚不應(yīng)小于120 mm，并應(yīng)少開洞、開小洞，當(dāng)洞口尺寸大于800 mm時(shí)，洞口周邊應(yīng)設(shè)置邊梁。

上部砌體房屋構(gòu)造柱設(shè)置有利于提高房屋在地震時(shí)的抗倒塌能力，構(gòu)造柱對(duì)于墻體的約束作用，主要依靠與各層墻體的圈梁或現(xiàn)澆板的整體連接來實(shí)現(xiàn)，因此構(gòu)造柱設(shè)置的部位及要求應(yīng)滿足相關(guān)規(guī)范要求，特別是過渡層構(gòu)造柱的設(shè)置要求更應(yīng)嚴(yán)格。圈梁能增強(qiáng)房屋的整體性，提高房屋的抗震能力，是抗震的有效措施，圈梁的設(shè)置應(yīng)滿足相關(guān)規(guī)范和圖集要求。

5 結(jié) 語

相對(duì)一般電站建筑物，移民的建筑布置和戶型更為復(fù)雜，因?yàn)橐泼袢后w數(shù)量龐大，每個(gè)單體家庭的人口組成、生活習(xí)慣以及職業(yè)不同，造成各方意見極不統(tǒng)一，這就要求移民建筑兼具適用性、美觀性和經(jīng)濟(jì)性等。所以在電站移民的規(guī)劃和建筑設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)師應(yīng)該根據(jù)實(shí)際工程情況多方配合，根據(jù)建筑布置需求適當(dāng)調(diào)整和優(yōu)化結(jié)構(gòu)布置。

底部框架砌體房屋從抗震性能上講并不是很好，但是下部有較大空間，可滿足移民的就業(yè)訴求，上部的砌體空間能滿足移民的居住需求，造價(jià)上也比框架結(jié)構(gòu)節(jié)約，能滿足業(yè)主的投資需求，所以綜合各方情況建筑設(shè)計(jì)選擇了這種結(jié)構(gòu)形式。總而言之，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)該配合建筑設(shè)計(jì)，考慮各種底部框架砌體房屋形式中可能出現(xiàn)的不利因素影響，優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，盡可能做到安全可靠。