论文部分内容阅读
摘 要：本文通过分析蝶形平面高层商住楼建筑设计特征，引申出这类建筑对结构抗震的不利特性，阐明结构设计时需反复调整结构布置并进行多次定量计算和采取必要的抗震构造措施，使结构抗震性能受不规则建筑平面的不利影响将至最低。
关键词：蝶形平面；高层；商住楼；布置特点
1、蝶形平面高层商住楼的建筑特征
近年房地产热持续升温，住宅建筑平面设计选型经过多年的实践应用，目前已发展到趋于以实现居住条件的实用和室内外环境的优美为目标。房地产开发商从市场需求出发，特别注重购房者对住宅的全方位要求，包括住宅平面动静分区明确，各功能用房面积分配合理；每一户型甚至每一厅房都能自然通风采光，景观视线开阔，干扰少且公摊面积尽可能减少；竖向交通的消防前室安全度有保障，其防烟防火问题必须满足规范要求等，因此若干年前曾较为流行的正交井字八户型塔式住宅已渐被摒弃。
取而代之的建筑平面设计较复杂的蝶形平面从建筑使用功能方面考虑也许是较为完美的，但对于结构专业来说则会产生诸多不利因素，主要包括以下方面：竖向交通构成的核心部位在平面中成为“缩颈”，两侧凹口较深，楼板在其横断方向净宽度过小，无法满足楼层平面无限刚度的要求；各户型外伸翼块长宽比过大，翼块与核心部位不能形成有效的连系，其连接的根部便形成抗震的薄弱部位；在平面的转角处设转角凸窗，会削弱结构的抗侧力刚度尤其是抗扭刚度，使结构的扭转效应难以消除；因属商住楼就必然设有转换层，有的还需进行高位转换，形成竖向不规则。
以上建筑特征对于抗震结构来说，往往造成平面不规则甚至大多情况下是相当不规则；竖向上则造成竖向主要抗侧力构件即剪力墙不连续。这种平面和竖向的不规则性形成了超限高层建筑，不仅增大了结构设计难度，而且在技术审查手续上还可能增加一道程序，故需比其它规则型建筑在报审过程中耗费更多的时间和人力物力。
2、蝶形平面结构的选型及合理布置
根据此类建筑商住两用的特点及建筑平面布置和住宅室内空间内梁柱尽量不外露等要求，蝶形平面高层商住楼的结构选型基木上只能选择框支剪力墙结构体系。住宅标准层大多为剪力墙结构，由于剪力墙竖向承载能力高、侧向刚度大，为了充分发挥其内在能力，剪力墙的分布应尽量拉大间距，一般应采用大开间、大进深，这种布置为框支柱取得合理柱网尺寸创造了有利条件，同时为转换层下的商业用途及地下车库的有效使用提供了可能。
就剪力墙类型的受力性能优劣而论，一般以剪力墙最优、短肢剪力墙次之、异形柱较差，因此应尽量布置成一般剪力墙和少量的短肢剪力墙，避免采用异形柱，由于异形柱要使墙体厚度与填充墙或间隔墙相同，其墙肢必定较长，故此类建筑几乎不出现异形柱甚至是短肢剪力墙。为了发挥剪力墙平面外的刚度潜力，提高墙体的稳定性，对厚度较小的剪力墙应使其成为带翼缘的T、L型，若为一字型墙则宜在其端部利用窗侧边或门垛处加设端柱，当墙肢很短时可结合建筑平面位置处理成矩形柱，如在阳台或次要房间的拐角处，因一般矩形柱受力较好，施工也方便。
框支层处宜采用传力明确、施工方便、经济性好的梁式转换结构，避免采用其他形式的转换结构。转换层的上部剪力墙宜直接落在转换层主结构上，当局部为主次梁转换时，则应选择传力路径较短的方案，如为解决墙肢翼缘的支承，采取不布置次梁而加设斜梁的方式，为方便转换层下部设备管线架设，转换梁截面高度宜大体一致，其经济合理的高度应由所承受的跨中弯矩和框支梁之上剪力墙不因框支梁挠度而产生受弯超限来控制，剪切承载力不足时可通过加大梁截而宽度、梁端部加腋或在梁柱节点处加设抗剪钢板等措施加以解决。
框支柱在平面布置上应尽量成行成列，使商业用房及地下室的平面柱网较有规律，有利于提高平面使用率，通常采用矩形截面，其大小由轴压比控制，宽度一般大于转换梁的截面宽度。框支剪力墙结构的楼梯、电梯间剪力墙必须落地，为了满足转换层上下层刚度比和剪切承载力比的要求，通常需将此落地剪力墙厚度在转换层以下加大，有时候还需将楼、电梯间以外位置的某些剪力墙直接落地或另加设剪力墙。对于楼盖，一般选取普通梁板楼盖，大面积空间及需提供灵活分隔的空间则可选择结构自重小、隔音性能较优越的现浇空心楼板或有填充块的双向密肋楼板。
3、结构抗震计算的共同特征
按现行《抗规》和《高规》有关结构计算方面的规定，蝶形平面高层商住楼结构的计算结果必须满足以下要求：①各振型的自振周期应在正常数值内，T≈0.08n（n为计算层数），其中第1振型的周期甚至第2周期应为平动周期而非扭转周期且扭转为主的第1自振周期与平动为主的第1周期之比T1/T1≤0.85（有转换的商住楼属复杂结构）；②結构楼层层间最大位移与层高之比△u/h≤1/1000；③对于一、二级抗震结构，各剪力墙墙肢的轴压比分别不宜大于0.5和0.6，框支柱的轴压比分别不宜大于0.6和0.7；④在考虑偶然偏心影响的地震作用下，楼层竖向构件的最大水平位移和层间位移不宜大于该层平均值的1.2倍，不应大于该层平均值的1.5倍；⑤转换层下层的侧向刚度不宜小于其上层的70%或其上相邻3层侧向刚度平均值的80%；⑥转换层下层层间抗侧力结构的受剪承载力不宜小于其上层的80%，不应小于其上层的65%。
结构计算与结构布置必须反复进行，转换梁之上的剪力墙截而首先取决于墙体轴压比限值和楼层层间位移限值，同时为了此类结构类型的计算满足上述第①④点的要求，往往必须对最初确定的剪力墙截面进行调整，其一般规律是周边尤其是角部的剪力墙需强化，楼梯和电梯间处的剪力墙则有时需相应弱化；当调整后仍无法满足要求时，需采取角部框架梁作反梁加高的措施，这是一种相当有效的方法，可大幅度减小剪力墙的轴压比，提高结构整体刚度和减小层间位移，即剪力墙的数量比通常预计的多，这种现象对于这类结构是正常的，混凝土和钢筋的用量也需相应增加，造价会有所提高，但这一代价是这种建筑类型所决定的，发展商对此应有思想准备。
为了满足转换层上下刚度比和受剪承载力比，需在转换层以下加大落地剪力墙厚度或另设剪力墙，也是此类型建筑结构计算所必需的。但加大墙厚或加设剪力墙时需不断进行调整试算，在基木满足第⑤⑥点要求的前提下不宜任意放大，否则将会妨碍转换层以下商业用房的使用且对造价控制不利。
上述结构计算结果定量控制数据①～⑤可在计算程序中直接反映出来，唯独第⑥点需经手工验算，可按《混凝土结构设计规范》中的公式进行计算。当单体建筑由若干个典型蝶形平面组合而成时，为了使扭转位移较易满足规范要求，宜将各典型平面用防震缝隔开，即使是建筑平面较规则，长宽较大的矩形组合平面也需按此方法进行处理，否则结构计算便很难过关。
4、结语
蝶形平面高层商住楼是当前房地产市场上较为流行的一种类型，虽然其体型的不规则性对结构抗震较为不利，但在客观使用上较为合理。结构工程师有责任在充分了解其建筑特征的基础上娴熟运用结构概念进行合理的结构布置，借助先进的计算手段使结构计算过关。因属抗震超限工程，如何做到减少超限项目和降低超限程度成为此类建筑结构设计的重点。要使蝶形平面高层商住楼的结构设计达到理想的效果，还有赖于与建筑师的宏观配合。
参考文献：
[1]孙凯：《高层建筑结构设计的问题及对策探讨》[J]价值工程，2011（25）
[2]陈凯：《复杂高层与超高层建筑结构设计要点》[J]建筑结构，2011（11）
关键词：蝶形平面；高层；商住楼；布置特点
1、蝶形平面高层商住楼的建筑特征
近年房地产热持续升温，住宅建筑平面设计选型经过多年的实践应用，目前已发展到趋于以实现居住条件的实用和室内外环境的优美为目标。房地产开发商从市场需求出发，特别注重购房者对住宅的全方位要求，包括住宅平面动静分区明确，各功能用房面积分配合理；每一户型甚至每一厅房都能自然通风采光，景观视线开阔，干扰少且公摊面积尽可能减少；竖向交通的消防前室安全度有保障，其防烟防火问题必须满足规范要求等，因此若干年前曾较为流行的正交井字八户型塔式住宅已渐被摒弃。
取而代之的建筑平面设计较复杂的蝶形平面从建筑使用功能方面考虑也许是较为完美的，但对于结构专业来说则会产生诸多不利因素，主要包括以下方面：竖向交通构成的核心部位在平面中成为“缩颈”，两侧凹口较深，楼板在其横断方向净宽度过小，无法满足楼层平面无限刚度的要求；各户型外伸翼块长宽比过大，翼块与核心部位不能形成有效的连系，其连接的根部便形成抗震的薄弱部位；在平面的转角处设转角凸窗，会削弱结构的抗侧力刚度尤其是抗扭刚度，使结构的扭转效应难以消除；因属商住楼就必然设有转换层，有的还需进行高位转换，形成竖向不规则。
以上建筑特征对于抗震结构来说，往往造成平面不规则甚至大多情况下是相当不规则；竖向上则造成竖向主要抗侧力构件即剪力墙不连续。这种平面和竖向的不规则性形成了超限高层建筑，不仅增大了结构设计难度，而且在技术审查手续上还可能增加一道程序，故需比其它规则型建筑在报审过程中耗费更多的时间和人力物力。
2、蝶形平面结构的选型及合理布置
根据此类建筑商住两用的特点及建筑平面布置和住宅室内空间内梁柱尽量不外露等要求，蝶形平面高层商住楼的结构选型基木上只能选择框支剪力墙结构体系。住宅标准层大多为剪力墙结构，由于剪力墙竖向承载能力高、侧向刚度大，为了充分发挥其内在能力，剪力墙的分布应尽量拉大间距，一般应采用大开间、大进深，这种布置为框支柱取得合理柱网尺寸创造了有利条件，同时为转换层下的商业用途及地下车库的有效使用提供了可能。
就剪力墙类型的受力性能优劣而论，一般以剪力墙最优、短肢剪力墙次之、异形柱较差，因此应尽量布置成一般剪力墙和少量的短肢剪力墙，避免采用异形柱，由于异形柱要使墙体厚度与填充墙或间隔墙相同，其墙肢必定较长，故此类建筑几乎不出现异形柱甚至是短肢剪力墙。为了发挥剪力墙平面外的刚度潜力，提高墙体的稳定性，对厚度较小的剪力墙应使其成为带翼缘的T、L型，若为一字型墙则宜在其端部利用窗侧边或门垛处加设端柱，当墙肢很短时可结合建筑平面位置处理成矩形柱，如在阳台或次要房间的拐角处，因一般矩形柱受力较好，施工也方便。
框支层处宜采用传力明确、施工方便、经济性好的梁式转换结构，避免采用其他形式的转换结构。转换层的上部剪力墙宜直接落在转换层主结构上，当局部为主次梁转换时，则应选择传力路径较短的方案，如为解决墙肢翼缘的支承，采取不布置次梁而加设斜梁的方式，为方便转换层下部设备管线架设，转换梁截面高度宜大体一致，其经济合理的高度应由所承受的跨中弯矩和框支梁之上剪力墙不因框支梁挠度而产生受弯超限来控制，剪切承载力不足时可通过加大梁截而宽度、梁端部加腋或在梁柱节点处加设抗剪钢板等措施加以解决。
框支柱在平面布置上应尽量成行成列，使商业用房及地下室的平面柱网较有规律，有利于提高平面使用率，通常采用矩形截面，其大小由轴压比控制，宽度一般大于转换梁的截面宽度。框支剪力墙结构的楼梯、电梯间剪力墙必须落地，为了满足转换层上下层刚度比和剪切承载力比的要求，通常需将此落地剪力墙厚度在转换层以下加大，有时候还需将楼、电梯间以外位置的某些剪力墙直接落地或另加设剪力墙。对于楼盖，一般选取普通梁板楼盖，大面积空间及需提供灵活分隔的空间则可选择结构自重小、隔音性能较优越的现浇空心楼板或有填充块的双向密肋楼板。
3、结构抗震计算的共同特征
按现行《抗规》和《高规》有关结构计算方面的规定，蝶形平面高层商住楼结构的计算结果必须满足以下要求：①各振型的自振周期应在正常数值内，T≈0.08n（n为计算层数），其中第1振型的周期甚至第2周期应为平动周期而非扭转周期且扭转为主的第1自振周期与平动为主的第1周期之比T1/T1≤0.85（有转换的商住楼属复杂结构）；②結构楼层层间最大位移与层高之比△u/h≤1/1000；③对于一、二级抗震结构，各剪力墙墙肢的轴压比分别不宜大于0.5和0.6，框支柱的轴压比分别不宜大于0.6和0.7；④在考虑偶然偏心影响的地震作用下，楼层竖向构件的最大水平位移和层间位移不宜大于该层平均值的1.2倍，不应大于该层平均值的1.5倍；⑤转换层下层的侧向刚度不宜小于其上层的70%或其上相邻3层侧向刚度平均值的80%；⑥转换层下层层间抗侧力结构的受剪承载力不宜小于其上层的80%，不应小于其上层的65%。
结构计算与结构布置必须反复进行，转换梁之上的剪力墙截而首先取决于墙体轴压比限值和楼层层间位移限值，同时为了此类结构类型的计算满足上述第①④点的要求，往往必须对最初确定的剪力墙截面进行调整，其一般规律是周边尤其是角部的剪力墙需强化，楼梯和电梯间处的剪力墙则有时需相应弱化；当调整后仍无法满足要求时，需采取角部框架梁作反梁加高的措施，这是一种相当有效的方法，可大幅度减小剪力墙的轴压比，提高结构整体刚度和减小层间位移，即剪力墙的数量比通常预计的多，这种现象对于这类结构是正常的，混凝土和钢筋的用量也需相应增加，造价会有所提高，但这一代价是这种建筑类型所决定的，发展商对此应有思想准备。
为了满足转换层上下刚度比和受剪承载力比，需在转换层以下加大落地剪力墙厚度或另设剪力墙，也是此类型建筑结构计算所必需的。但加大墙厚或加设剪力墙时需不断进行调整试算，在基木满足第⑤⑥点要求的前提下不宜任意放大，否则将会妨碍转换层以下商业用房的使用且对造价控制不利。
上述结构计算结果定量控制数据①～⑤可在计算程序中直接反映出来，唯独第⑥点需经手工验算，可按《混凝土结构设计规范》中的公式进行计算。当单体建筑由若干个典型蝶形平面组合而成时，为了使扭转位移较易满足规范要求，宜将各典型平面用防震缝隔开，即使是建筑平面较规则，长宽较大的矩形组合平面也需按此方法进行处理，否则结构计算便很难过关。
4、结语
蝶形平面高层商住楼是当前房地产市场上较为流行的一种类型，虽然其体型的不规则性对结构抗震较为不利，但在客观使用上较为合理。结构工程师有责任在充分了解其建筑特征的基础上娴熟运用结构概念进行合理的结构布置，借助先进的计算手段使结构计算过关。因属抗震超限工程，如何做到减少超限项目和降低超限程度成为此类建筑结构设计的重点。要使蝶形平面高层商住楼的结构设计达到理想的效果，还有赖于与建筑师的宏观配合。
参考文献：
[1]孙凯：《高层建筑结构设计的问题及对策探讨》[J]价值工程，2011（25）
[2]陈凯：《复杂高层与超高层建筑结构设计要点》[J]建筑结构，2011（11）