板式住宅（高宽比、长宽比超限）结构安全性、经济性分析

罗宁

（湖南大象建筑规划设计有限公司 湖南长沙 410000）

随着我国家经济不断发展，城市建设开发不断扩大，城市土地资源逐渐紧缺，高层住宅楼开始不断发展并且创新，最近几年板式高层住宅户型凭借其高利用率、南北通透等优良特性得到越来越多业主的青睐，但任何事物都具有两面性，板式高层住宅也有其缺陷，例如最明显的就是结构高宽比，长宽比超限，对于结构工程而言，应结合工程实际给出不同结构布置在各工况下的合理的经济性和安全性，使建设方知晓不同布置的利弊并做出相应抉择，达到国家所提倡的绿色建筑节能减耗要求。

1 工程案例

常德石门某板式住宅楼，层数33层，层高3m，总高度99.6m，典型楼板宽为 8.7m，长 36m。属于典型的长宽比（4.137：1），高宽比（11.44：1）超限结构。本工程属于6度区，II类场地，场地类别C类，风压（R=50）0.30kN/m2，承载力设计风压取0.3*1.1=0.33kN/m2，剪力墙混凝土等级C45～C30，钢筋等级均为HRB400，剪力墙结构，抗震等级三级。初步设计剪力墙布置时，根据以往6度区高层住宅的工程经验，周边墙体在建筑条件允许的情况下尽量采用长墙体，两侧为小开间中的剪力墙墙长在不形成短肢剪力墙情况下布置，大开间中的剪力墙则根据轴压比情况控制墙长；剪力墙初步布置后，进入初步结构模型调整。

2 工程指标计算

初步模型结果指标见表1。

表1

由表1可以看出，整体指标均除了Y向风荷载作用下的层间位移角，其他指标均满足规范要求。由此可见出本工程整体指标由风荷载起控制作用，因长宽比、高宽比超限，一般情况下均是Y向的抗侧刚度在大面积受风载情况下楼层位移过大导致层间位移角（Δu/h）不满足要求所致，需增加相应的刚度满足《高规》3.7.3条的要求。

继续调整模型后采用相应加强措施如图1所示：①增加①②③3片较长的剪力墙，其他部分剪力墙加长。②图中标注LL处在建筑有条件下调整为强连梁，增加整体抗弯刚度。③两端部剪力墙Y向厚度调整为250mm。④电梯前室增加Y向300*300框架梁，使传力更直接。最终Y向风荷载作用下的层间位移角指标为1/1010，满足规范要求。

图1

3 工程对比分析

上述工程整体指标模型调整完毕后，再查看构件指标，经查剪力墙轴压比绝大部分小于0.5，部分小于0.4（《高规》7.2.13，二三级抗震轴压比限值0.6），此指标表明本工程剪力墙的竖向刚度和抗侧刚度未协调充分利用，但从剪力墙布置及建筑功能来看，在功能许可的位置均布置了剪力墙，甚至在部分位置布置了强连梁形成类似筒体增加结构整体抗侧刚度。

表1

最后查看经济性指标（标准层结构主要构件含钢量）：

综合表1和以往同条件下，但长宽比、高宽比未超限工程来对比，混凝土用量增加0.02m3/m2，钢筋用量增加2kg/m2。主要材料的增加均由于剪力墙较长，由整体侧向刚度控制。

《高规》3.3.2条及其条文说明规定：6度、7度剪力墙结构适用的最大高宽比为6：1；高层建筑的高宽比，是对结构刚度、整体稳定、承载能力和经济合理性的宏观控制指标，在结构设计满足规定的承载力、稳定、抗倾覆、变形和舒适度等基本要求后，仅从结构安全角度高宽比限值不是必须满足的，主要影响结构设计的经济性。

《高规》3.4.3条及其条文说明规定：6度、7度高层建筑长宽比不宜超过 4：1。

长宽比、高宽比超限的结构，俗称为“纸片楼”。此类建筑布置尤其是在超高层的设计中需提出更为严格的要求。

4 结构设计建议

（1）高宽比超限属于结构设计的一般不规则项。对高宽比超限的结构应特别注意加强对结构稳定性的验算：

①对类似本文工程案例地震作用影响相对较小的建筑，应特别注意风荷载的影响，必要时可按1.1倍风压值（R=50年一遇）计算。

②抗震设计的建筑，除按上述1）验算风荷载对结构稳定的影响外，还应注意地震作用下结构的稳定问题，必要时可验算结构在设防烈度地震作用下的稳定问题。本文案例工程因地震作用下指标有一定富余，故未做设防烈度下地震作用的验算。

③对高宽比、长宽比较大的高层建筑，宜采用整体性、稳定性较好的基础形式，如双向条形基础，筏板基础及桩筏基础。上述案例工程采用预应力管桩桩筏基础，提高建筑整体稳定性，当然本文案例工程剪力墙较多且密也是采用此类基础的原因之一。

④高设防烈度下（Ⅶ度0.15g、Ⅷ度及以上）及场地类别为A类、B类情况下应严格控制建筑的高宽比及长宽比，本文案例仅在Ⅵ度设防条件下，风荷载控制的整体平动位移过大，主要通过增加、增长剪力墙来满足整体刚度的要求；高烈度下还应考虑由地震引起的扭转位移，因大部分工程角部增加剪力墙的条件有限，往往结构分析计算很难通过规范指标，即使通过也需增加大量的抗侧构件来满足，造成工程经济指标超标。

（2）建筑布置是影响结构布置的关键因素，合理的建筑布置对结构设计非常重要，高层建筑采用简单对称、规则均匀的结构平面，结构具有明确的传力途径，，能较为准确地估计结构在竖向荷载、风荷载及地震作用下的效应，结构具有明确的关键部位，便于采取相应的结构措施，且结构措施的有效性大为提高。当采用不规则结构或超限结构时，将难以估计在竖向荷载、风荷载及地震作用下的反应，难以准确把握结构的薄弱层及关键部位，结构措施的有效性大打折扣，结构设计费用高，效果差。

5 总结

综上所述，高层住宅楼高宽比超限结构的出现，顺应了国家城市化的进程，也是城市土地资源紧缺情况的必要措施，高层住宅楼的设计和研究具有重要意义，设计和研究过程中应该注意和避免一些问题，这对提高我国高层建筑领域的技能和水平，都有着重要的意义和作用。总之，高层住宅楼发展前景广阔，对其高宽比超限结构的设计要求也将更加严格。