1建筑物的外轮廓
1.1平面长度尺寸依据《高层建筑混凝土结构技术规程(JGJ3-2010)》(以下简称《高规》)3.4.3条的规定,平面长宽比的限值,6度、7度为6,8度、9度为5。对于超长建筑,要考虑混凝土的收缩应力和温度应力,可以采用设置后浇带,设置预应力钢筋,采用微膨胀混凝土,加强楼板配筋等结构措施,顶层及外墙加强保温和隔热等建筑措施。建筑物平面长宽比较大,那么两主轴方向的刚度会相差很大,造成两个方向构件受力的不均匀,配筋不均匀、不合理,使得其单位面积用钢量要增多一些。1.2高宽比《高规》中3.3.2条规定的高层建筑的高宽比限值,不是强制性条文。但是高宽比从宏观上控制着结构的刚度、整体稳定、整体倾覆、承载能力。如果不满足该条的规定,建筑的结构整体稳定性较差一些。为了弥补结构的整体稳定并控制结构的侧向位移量,必定要设置刚度较大的抗侧力构件来提高结构的侧向刚度,使得用钢量增多,必然付出比常规更大的成本造价。1.3竖向布置高层建筑的竖向结构刚度应尽量做到自下而上,逐渐均匀减小,体型均匀、不突变,尤其要避免结构转换。能满足上述要求的,含钢量会在较合理的范围内,据有关资料的统计显示,设置转换层后整个建筑钢筋总含量增加约17%~45%,混凝土用量增加8%~17%。1.4平面布置依据《高规》3.4节相关的条文,平面布置应力求简单、规则,避免刚度、质量和承载力分布不均匀;平面过于狭长,易发生不规则振动,引起较大的震害;平面中较长的外伸段容易产生凹角处的应力集中和破坏;有角部重叠的平面图形或细腰形平面,凹角部位比较薄弱,需要采取加大板厚、加强配筋、设置边梁等措施加强。对结构平面的不规则,可以采取的方法有:1)在满足建筑功能的前提下,将较长或不规则的建筑通过设缝分为平面简单的几个单元;2)适当加强平面周边部位的抗侧力构件的刚度,适当弱化平面内部的抗侧力构件的刚度;3)加强核心筒部分的抗扭刚度。1.5满足刚性楼板假定为了确保楼板满足刚性楼板的假定,与计算模型相吻合,在平面布置时,就要避免楼板有较大的外伸或凹入,避免开大洞。如果由于建筑功能的要求使结构成为平面不规则结构时,就需要采取相应的加强措施,这样就造成用钢量的增加。
2结构体系
选用什么结构体系对于工程造价关系重大。剪力墙结构体系目前作为高层住宅建筑首选的结构体系,该体系的优点是不影响建筑空间布置,带来建筑功能的灵活性和方便性。对于剪力墙结构体系,剪力墙的设置尽量避免短肢剪力墙和框支转换层。较长的墙肢能减少竖向构件的配筋率和边缘构件的数量,边缘构件的配筋率较低。如墙体布置较均匀的话,墙内水平、竖向分布筋基本上都是构造配筋。用钢量可控制在较合理的范畴内。
3柱网尺寸、楼层层高
3.1柱网尺寸依据建筑的使用功能,宜选择经济合理、均匀的柱距尺寸,使板、梁、柱、墙的跨度均合理,从而减少了结构构件的用钢量。一般需要设计人员结合实践经验,综合考虑各方面原因,合理确定柱网布置尺寸。3.2楼层层高在满足建筑使用功能和建筑观感的前提下,适当降低层高,墙柱等竖向构件、各层隔墙的荷载均减轻,构件计算长度减小,静力效应和水平作用减小,使构件配筋减小。据有关资料统计显示:在正常合理的层高范围内,层高每增加100mm,钢筋含量增加约0.5kg/m2。加大层高对受力钢筋的影响较为敏感,原因是受力体系的刚度减弱,剪力墙及框架梁内力相应增大。因而,在建筑使用功能允许的前提下,应该尽量减小建筑的各楼层的层高。
4抗侧力竖向构件(墙和柱)的布置
从设计经验来看,剪力墙的长度、数量与布局成为控制结构用钢量的关键。剪力墙的布置要均匀、对称、分散布置,双向布置,使两个方向刚度尽可能地接近。根据受力分析的实践经验,周边外围竖向构件对结构刚度作用效果明显,而内部竖向构件的作用效果不太明显。因而,在结构整体刚度满足规范要求的前提下,结构体系内部的竖向构件不宜过多和过于分散,否则只是增加了这些部位墙体的用钢量和混凝土用量,而对结构整体的贡献不太大。
5水平构件(梁和板)的布置
水平构件布置原则是跨度经济,荷载传递路径简捷、明确,观感效果好,相应地,用钢量也合理。对于跨度较大的公共建筑可以考虑采用现浇混凝土空心楼板,减轻结构自重,降低了层高,节省了用钢量。方案的设计从宏观上影响结构的含钢量,建筑物的体型对含钢量起着决定性的作用;结构体系的选择也是很关键的前提条件;需要建筑师在建筑设计构思阶段权衡考虑柱网尺寸、层高等因素;更需要结构设计人员依据对结构和构件受力基本原理的掌握程度,结合建筑功能及实践经验,来确定结构受力构件的平面布置等。建筑市场化的不断发展要求设计人员要增强服务意识,顺应市场的发展,提高设计服务水准和技术水平,增强市场竞争力。
作者:南昕容 单位:临汾市建筑勘察设计院