某多层住宅结构设计中的特殊部位分析处理

周新

上海华东房产设计院有限公司 上海 201700

1 项目概况

本项目位于河南郑州市郑东新区，场地内共有19栋多层住宅。多层住宅地上5～6层，层高3.2～3.5m，地下三层，并与地下二层的车库连为一体。

2 设计参数与结构体系

抗震设防烈度7度，0.15g，设计地震分组：第二组，场地土类别：III类。

基本风压:0.45KN/m2，地面粗糙度B类。

结构体系：剪力墙结构，剪力墙厚度200mm，剪力墙长度1～3.0m。

3 结构设计需要特殊处理的部位

1、底层南北两侧采光井开洞较大，土对地下室约束有欠缺。

2、大空间部位，为保证净高及空间灵活，不许设梁，按大板设计。

3、部分大板上有卫生间部位要求采用降板做法，高差超出了国标图集要求。

4、为防止外墙开裂并保证施工方便，业主要求外墙采用混凝土填充墙且与主体结构整浇。

5、建筑造型限制，对于超过1.5m的悬挑阳台仍然需要按悬挑板设计。

6、本工程大开间部位板厚150～280mm，与之连接的剪力墙厚度仅200mm。特别对于外围的一字型剪力墙而言比较不利。

4 针对特殊部位的结构设计

4.1 考虑采光井对结构的整体影响

根据建筑整体剖面，地下车库顶板与单体住宅地下一层标高接近，因此单体的嵌固部位取地下一层楼层标高。采光井对本次嵌固部位的选取无影响。

采光井的影响主要体现南北向在土对建筑的约束上。因此，计算时按考虑地下一层土约束与不考虑土约束两种情况进行包络设计。结构构造上，适当加厚一层楼板的板厚，使其不小于150mm，并双层双向配筋。

4.2 大空间部位厚板设计

应业主要求，竖向构件围合区域内尽量避免布置次梁。因此，形成若干短向6～9m的大板跨区域。一般而言，可采用空心楼盖或预应力楼盖，可以达到结构经济合理的要求。但业主考虑施工简便，明确要求采用常规的实心楼板。

由于厚板的自重较大，为防止厚板的挠度过大，对大板跨部位如下措施进行了设计：

1、按连续板设计。考虑到与厚板相连的梁的抗扭刚度及墙的平面外刚度较弱，为保证大板支座处弯矩的有效传递，加大相邻板跨的厚度，相邻板厚度取值与大板的厚度相同或接近。

2、计算时按有限元与手册算法包络设计，并考虑梁竖向刚度的影响。由于受净高限制，大板周边区域梁高度受限，梁与板的相对线刚度较小，无法达到不动支座的要求。如按常规计算，计算结果会有较大的偏差。因此，考虑梁的变形引起内力重分布，需要根据有限元计算结果校核。

3、明确施工阶段的起拱要求。采用恒载工况，验算楼板变形，并在施工阶段按此变形值进行起拱，以抵消后期变形对楼面平整度的影响。

4.3 大跨度部位的折板设计

本项目卫生间均采用同层排水，且部分卫生间位于较大板跨区域，最大的板跨为6mx6m，为避免因卫生间设置次梁而影响外侧的空调出风口，应业主要求采用折板设计。

对于双向板而言，折板高差较大时，会引起的较大的刚度突变。根据单向折板受力模型，当折板处可以完全传递弯矩时，折板与非折板的跨中弯矩值一致。因此，板跨较小且板面高差较小时，满足《16G101-1》构造要求，可以按普通楼板简化设计。然而，对于跨度较大的双向板而言，板面高差较大时，形成刚度突变，是否对结构设计有影响，需要专门的分析。本项目采用了两种方式对其进行分析论证。

方法1：采用有限元计算。用梁模拟折板的竖直段，本例板厚200，折板高差0.6m，计算结果如下图所示：

由计算结果可见，楼板应力最大处位于折板转角处，最大应力为3.6N/mm2，而未考虑折板的相应部位应力约0.5N/mm2，两者比值为7.2倍。因此，按常规楼板设计误差较大。

方法2：采用梁元法计算。板两个方向分成若干板带，本次板带宽度取1.5m。其中，折板部位为Z型截面截面按工字型模拟输入。本例板带截面：1500x200，折板处截面：工800x850x200x200

方法1有限元计算结果

方法2梁元法计算结果

由上图可见，对应的最不利处的折板弯矩M=35KNm。板带截面为1500x200，板带截面抵抗矩W=1500x2002/6=107mm3，板底应力f=M/W=35x106/107=3.5N/mm2，与有限元法计算结果基本一致。

分析结果与预计一致，应力集中部位一般位于折板形成的阳角部位。当折板板跨较大、高差较大时应进行补充分析计算，对应力集中区域进行加强处理。

4.4 全现浇外墙设计

针对次特殊要求，首先结构布置时，外墙尽可能的布置剪力墙，以减少填充墙的数量。但由于上下洞口无法对齐，且对于建筑的南北立面，建筑开洞的大小差别比较大。因此，需要布置一定的填充墙来调整整体刚度。但混凝土填充墙的刚度较大，且要求与主体结构整浇。为消除混凝土填充墙刚度过大的影响，构造上需要对进行刚度削弱。

全现浇外墙参考剪力墙设缝的方法，墙与墙及墙与梁之间设置20mm宽的缝，采用PVC板填充。由于现浇部分为外墙，保留50mm厚的连接体以达到防水目的。

由于填充墙与结构主体连接仅为50mm，极大的削弱了混凝土填充墙与主体结构的连接。但也正因为连接体的存在，填充墙提供的刚度不容忽视，因此，本工程计算时周期折减系数调整至0.8。

4.5 悬挑阳台板设计

一般而言，对于悬挑跨度超过1.5m的阳台，按悬挑梁受力设计。本工程阳台悬挑跨度1.6～1.8m，由于建筑平立面的限制，需要采用悬挑板设计。由于悬挑板受力，对于钢筋保护层厚度比较敏感，因此如何确保受力钢筋的保护层厚度是确保安全的关键。本工程中，每隔一定间距设置钢筋桁架（本项目桁架顶筋间距为400mm），以确保受力钢筋的内力臂高度，避免施工中的不可控因素。

4.6 一字墙的加强处理

由于建筑限制，存在一定数量的一字墙，平面外刚度较弱。其布置区域一般在大开间部位两侧，以减少梁的跨度。然而，大开间部位按业主要求采用实心大板结构。虽然，楼板计算时进行了边界铰接处理，然而由于板面实配钢筋的存在，当楼板变形时，对于边跨墙而言，一字墙将变为压弯构件，可能使墙体优先于楼板开裂。因此需要复核此部分墙的平面外强度，并适当加强其竖向筋配筋。

综上所述，由于竖向压力的存在，虽然墙体平面外存在弯矩，但是对于中间层的墙体，全截面处于受压状态，能保证其平面外受弯承载力大于板的受弯承载力，且在一字墙压弯承载力安全范围之内。而对于顶层，由于竖向力较小，且板传来的弯矩较大，使墙体进入大偏压状态，竖向筋受拉，其配筋需要复核加强。

5 结语

多层住宅由于高度较低，安全风险较低，甲方往往比较轻视其安全性，而更追求使用功能及外观效果。然而，不可忽视的是，住宅质量的问题是非常普遍的，纠纷也是比较多的。本文介绍了本项目单体设计中特殊部位的处理及分析方式，以尽可能减少结构开裂风险，确保住宅的结构质量。