多层砌体结构经济性能分析与对比研究

砖混结构房屋因其造价相对较低, 且具有较好的隔热、隔音性能, 在一般民用建筑中特别是中小城市及村镇建筑中, 仍被广泛采用。随着我国经济迅速发展, 建筑市场的竞争日益激烈, 开发商对经济指标的要求越来越高。同为多层砌体结构, 由于建筑方案不同, 结构经济性能可能就会有很大差异。我们选取了两栋户型不同层数相同 (均为六层跃七层) 的住宅楼进行对比分析。

1 户型布置对比分析

两户型的建筑标准层平面分别称为户型A和户型B。由于两栋楼所处地质条件不同, 基础形式不同, 所以本次比较不涉及基础。

1.1 首层对比

户型A首层为普通住宅, 布置同标准层。户型B首层为车库, 外纵墙开设了大洞口, 因此户型B标准层的部分墙垛不能落地, 在一层顶增设现浇梁实现局部托换;另外在大洞口的两侧增设了构造柱以加强被大洞口削弱的墙体。

1.2 标准层对比

户型A布局紧凑, 客厅开间4.35m×4.80m的连续双向板;户型B布局宽松, 客厅为4.50m×7.20m的四边简支大板, 加之大板计算考虑挠度裂缝正筋计算结果较大, 导致板配筋量较户型A有所增加。另外户型B北侧厨房卧室之间的窗间墙由于首层开洞不能落地, 须层层设梁进行托换。

1.3 跃层对比

户型A根据下层墙布置, 合理设计跃层平面;户型B开发商为追求效果图中的视觉效果, 要求跃层以上南侧外墙立面齐平, 导致南侧三分之二的外纵墙不能连续, 只能采取宽梁转换以保证结构承重安全及地震力的有效传递。

1.4 屋顶对比

户型A为坡屋顶, 部分开间设置老虎窗;户型B为复杂坡屋顶, 设置了老虎窗及威卢克斯窗。结构屋顶板在老虎窗及威卢克斯窗洞处设置了现浇梁。

1.5 节点对比

户型A为常规节点, 跃层平台采用0.5米混凝土栏板上设普通栏杆见图1;户型B跃层平台采用配合坡屋面效果的复杂节点见图2。

1.6 抗震性能对比

砖混结构由于选材方便、施工简单、工期短、造价低等特点, 多年来砖混房屋是我国当前建筑中使用最广的一种建筑形式, 其中民用住宅建筑中约占90%以上。砖混结构多采用粘土砖和混合砂浆砌筑, 通过内外砖墙的咬砌达到具有一定整体连接性的目的。在地震设防地区, 多层砖混砌体房屋由于组成的基本材料和连接方式决定了其脆性性质, 变形能力小, 导致房屋的抗震性能较差;因此改善砌体结构延性, 提高房屋的抗震性能具有极其重要意义。根据现行建筑抗震设计规范、砌体结构设计规范, 我认为, 在多层砖混房屋抗震设计上应注意以下几方面。

(1) 建筑平面和立面的规整性是整个结构设计中一个十分基础、重要的内容。抗震设计中, 建筑平面、立面宜尽可能简洁、规则, 结构质量中心与刚度中心相一致。

(2) 历次震害证明, 砌体房屋的层数越多, 高度越高, 它的地震破坏程度越大, 所以控制砖砌体房屋的总高度及总层数对减少地震时带来的震害有很大的作用。因此现行建筑抗震设计规范 (GB50011-2001) 对多层砌体房屋的总高度和总层数有了强制性规定:多层砌体房屋的总高度及层数应满足下表中的限值。

(3) 房屋是纵、横向承重构件和楼盖组成的一个具有空间刚度的结构体系, 其抗震能力的强弱取决于结构的空间整体刚度和整体稳定性。刚性楼盖是各抗侧力构件按各自侧移刚度分配地震作用的保证。

(4) 多层砖混房屋的主要承重构件是纵、横墙体, 在地震中主要由于承重纵、横墙在地震力作用下产生裂缝, 严重者会出现倾斜、错动、倒塌等现象, 进而使房屋造到破坏;所以合理布置纵、横墙对提高房屋抗震性能起到很大的作用。

(5) 圈梁是多层砖房的一种经济有效的措施, 可提高房屋的抗震能力, 减轻震害。在多层砖混房屋中设置沿楼板标高的水平圈梁, 可加强内外墙的连接, 增强房屋的整体性。

(6) 在抗震验算中, 多层砖混房屋底层往往不容易满足抗震要求, 即使有时在适当部位加设构造柱也不能完全满足, 为了提高墙体的抗震能力, 可以在抗震力不足的承重墙段内配置水平钢筋, 使地震力由砌体及水平钢筋共同承担, 一些试验表明, 配筋多孔砖墙体可以减少脆性, 增加延性, 有效提高墙段的抗震能力。

2 钢材用量统计

结构主体构件的钢材用量统计如表1所示。

(单位:kg/m2)

4 结语

户型A、B的结构设计均遵循了技术先进、经济合理、安全适用、确保质量的原则, 为使主体结构尽量经济采取了隔层设置圈梁、现浇板受力钢筋选用抗拉强度高变形性能好的HRB400级钢筋等措施。然而户型A由于平面布局紧凑、竖向规则、结构传力合理, 从而获得很好的经济性能;户型B则因墙体竖向多处不连续、立面节点复杂等原因, 地上部分含钢量较户型A增加了28.5%, 主体结构的经济性能不十分理想。

因此, 要实现真正节约型设计仅仅依靠结构专业自身的努力是不够的。结构工程师应当在建筑方案阶段就主动介入, 用先进的结构设计概念给予建筑师更多的建议, 力求在满足业主要求的同时做到结构布置合理、传力途径简捷, 与建筑专业密切配合, 通力合作, 把节能创新作为共同的目标为社会奉献优秀的建筑作品。

摘要：立足规范, 通过砖混结构房屋两种不同户型的比较来说明建筑方案的差异带来经济性能的差异, 专业间的配合对节约型设计的重要性。

关键词：砖混房屋,经济性能,对比,节约型设计

参考文献

[1] GB50003-2001, 砌体结构设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社, 2002.

[2] GB50011-2001, 建筑抗震设计规范 (2008年版) [S].北京:中国建筑工业出版社, 2008.