浅谈结构跨度、柱(墙)距的设计优化与实践

(湖南宏艺建筑设计有限公司 湖南 长沙 410000)

浅谈结构跨度、柱(墙)距的设计优化与实践

孙俊兴

(湖南宏艺建筑设计有限公司湖南长沙410000)

跨度是针对梁板等水平构件的表述，但影响梁板跨度的则是墙、柱等竖向构件的布置与间距。从结构设计的经济性而言，首要的是竖向构件在平面上布置的规则性与均匀性，其次是竖向构件间距的大小。现就以上方面进行探讨，以期给结构同行们参考。

结构设计；竖向构件；优化设计

一、竖向构件平面布置的规则性与均匀性

作为房地产开发主流产品的高层住宅，大多数为钢筋混凝土剪力墙结构，竖向承重与抗侧力构件全部为钢筋混凝土剪力墙。受户型的限制，结构专业的可调性不大，剪力墙只能在建筑专业有分隔墙的部位设置，因此想保证剪力墙布置的绝对规则与均匀不大可能。

因此一个有经验的建筑师或者设计团队，在进行户型设计及户型组合平面设计时，就应纳入结构因素，其中最重要的就是剪力墙的布置。建筑方案过程中的户型平面要经过建筑、结构、及设备专业充分协调配合，既要达到既定的建筑平立面效果，又要满意建筑使用功能，同时建筑造价要在一个经济合理的范围内。

退一步说，即便在建筑专业户型及组合平面既定的前提下，结构专业并非无所作为，因为并不是所有建筑隔墙处都需要设置剪力墙，因此在哪些建筑隔墙处设剪力墙、哪里不设剪力墙，不同的结构工程师就会有不同的布置方式，对剪力墙布置的规则性与均匀性就产生了影响，也就有了优劣之分。

所谓优劣，也没有一个绝对标准。在满足建筑功能与结构整体分析指标(周期、位移等)的前提下，剪力墙数量相对较少、平面布置规则、均匀者为佳。剪力墙布置的规则、均匀不但可使梁的布置比较规则，也可使梁板跨度比较均匀，可降低各层楼盖的用钢量、对于剪力墙结构下的筏型基础，均匀的剪力墙布置可有效降低筏板厚度及计算用钢量。笔者曾设计过的长沙盛世耀凯项目的地下车库，仅仅由于个别柱柱列上，即导致梁跨度由标准柱8100mm增大到8477mm及9025mm，跨度增大的梁截面尺寸由500X1000mm增大550mmX1100mm，梁高增加了100mm，而此处恰为主车道位置，因此必然导致整个地下车库层高增加100mm.同时还出现了梯形与平行四边形等非标准板块，均会导致含钢量的增加。

二、竖向构件的水平间距

对于剪力墙结构，受限于房间开间大小，只要剪力墙布置合理，剪力墙间距一般不会超过5.0m，梁高一般不超过500mm，对于2.8～2.9m层高的住宅来说，一般不会因为梁高而影响房屋净高。因此剪力墙间距对于楼盖结构的用钢量影响不大。对于大型商业建筑或地下停车库(地上停车楼)等框架结构(或含少量剪力墙的框架结构)，除了前文所述柱网的规则性与均匀性之外，柱距梁跨是影响建筑造价的一个最主要因素，通常大柱网楼盖系统用钢量较大、但可使建筑获得更大的空间及更灵活的布置，反之柱网小则楼盖用钢量较少,但柱网尺寸的减少必然导致柱子数量的增多，从而使柱构件的混凝土与钢筋用量增加，因受力及构造方面增加的纵向钢筋及加密区箍筋大幅度增加，有时占全部用钢量的20%以上。同时较小的柱网尺寸会使建筑布局的灵活性大大降低，较多的柱子会导致使用的不便及空间利用率的降低。

对于商业建筑，必须保证各使用功能合理的情况下，尽可能增加理更多的营业面积，这需要依据商场的规模定位、商场所处的环境、消费者流量等计算出柱网柱距，另外柱距柱跨的的确定还要依据使用尽高、水电通风设备、装修吊顶高度等因素综合确定，大多数情况下，南方非采暖地区，商场经济柱跨在6.8～9米。

对于旅馆、办公类建筑，柱网尺寸取决于合适的客房开间，而合适的客房开间又取决

于合理的家具布置、功能需要以及卫生间的布置，通常3.6m～3.8m开间能满足家具布置及办公需要。

对于地下车库，停车量的多少以及交通流线的组织，决定了柱网的选择。柱网尺寸符合停车位模数，会使相同面积下的停车效率大大提高，否则则会产生大量的无效面积，使停车效率大打扣。以小汽车为例，若每个柱距停3台车的，则采用7.8m是其下限值，如果采用5m的柱网，就意味着每一个柱距最多放2台车。同理，对于高层结构随着柱子尺寸的增大，每个柱距要停放3辆车，7.8m柱距比较紧张，这时，8.0m或更大一点的柱距才比较合适。可见，寻求合适的柱网尺寸，必须根据具体的功能需求、具体的建筑规模和层数来选择合适的柱距尺寸，必须尽可能全面地考虑所有会影响到柱网合理尺寸的因素、并对它们一一进行详细分析，综合确定。

商业或办公类建筑对开间或进深的要求一般不高，因此，对于地下为停车需求、地上为商业、办公类需求且停车配比要求比较高的工程，柱网尺寸应该依地下停车库的经济柱网而定，当一个柱距按停3辆车考虑时，柱网尺寸可从7.8m～8.4m不等。7.8m为一个柱距停3辆车的下限,对应于层数较少时600mmx600mm的柱截面尺寸及2.4m×5.3m的标准车位尺寸，而8.4m柱距一般是车库结构柱网尺寸的上限，对应于800mmX800mm及以上的柱截面尺寸、机械停车库或个别城市对车位尺寸要求较大的情况。无特殊情况，柱网尺寸尽量靠近7.8m的下限，必要时可改方形柱为矩形柱也是可行的，比如将600mmX600mm柱改为500mmX700mm柱，甚至400mmX900mm柱等。长沙市盛世耀凯项目即采用600mmX700的柱截面尺寸，横向柱网尺寸为7800mm。

以上分析的是等跨柱距尺寸的设计问题，具体工程中，不等跨柱距也是经常出现在我们的设计中。比如，一栋普通办公综合楼或者写字楼，横向和纵向因为分别满足开间和进深的需要，一般是不等跨的。前面提到的停车库，变化较大的也只是横向柱网尺寸，纵向柱网尺寸对于标准车位长度为5300mm普通停车库来说，基本可锁定在8100mm，如果纵向柱网尺寸也随横向柱网尺寸增大，浪费的面积就比较多了，因此采用纵横两个方向不等距的柱网尺寸会比较经济。上述长沙盛世耀凯项目，采用的即是7800mmx8100mm纵横两个方向不等距的柱网尺寸。还有就是车库的边跨，因边跨只能停一排车，车位长度也只需5300mm，若也采用7.8～8.4m的大柱距，则浪费的面积就太大了。

综上所述，柱距柱网的合理选择，需要依据设备布置、使用功能、建筑风格、土建成本等综合考虑，不能一概而论。但合适的柱网有其内在规律性，需要针对不同的建筑设备、建筑经济、建筑标准、建筑功能等各种因素具体分析、周密思考。最主要的是结构和功能应当兼顾，在确保功能要求的前提下确定经济合理的柱距柱跨。只有这样，才能建造出功能齐全、经济适用且造型美观的建筑产品，使建筑设计和结构设计和谐共存，更好的为社会经济发展及社会进步服务。

[1]李国胜.混凝土结构设计禁忌及实例.中国建筑工业出版社，2007

[2]孙芳垂等.建筑结构设计优化案例分析.中国建筑工业出版社，2011

[3]李文冰.建筑结构优化设计方法及实例.中国建筑工业出版社，2016

[4]陈岱林.结构软件难点热点问题应对和设计优化.中国建筑工业出版社，2014

[5]朱炳寅.高层建筑混凝土结构技术规程应用与分析.中国建筑工业出版社，2013

孙俊兴(1979.2-)，男，工程师，本科，湖南邵东人，国家一级注册结构师，主要从事建筑结构设计工作。