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前几天,有位家里正在装修的朋友问了小编一个问题:卧室有柱子怎么办?我上知乎搜了一圈,遇到类似问题的朋友还真不少。
这个话题成功吸引了小编的注意,小编暗访了某资深结构设计师,真有那么一个案例,为了拔掉卧室的柱子,设计师掉了一地的头发。
接下来,有请老结构工程师,哦不对,是结构工程老师为大家娓娓道来——空中院墅的结构设计思路。
大家是否还记得“蓝城·春风江山·陌上花开”这个项目,这是在“限墅令”背景下研发的低密度创新产品,一经发布便获得了几十家设计、地产媒体的主动转载报道,项目阅读、观看人次达到了数十万。可谓是一个小网红了。
在政策严格的限制之下,洋房以墅化的方式完美破解了难题,给予市场一种全新的低密度产品的设计思路。
但是在项目背后,“创新”往往意味着更高的落地实现难度。“蓝城·春风江山·陌上花开”也毫不例外。
洋房墅化之后由下至上,户型由大到小,生成了25种变异户型,形成层层退进,户户有露台的空间布局。
大家都知道,在传统的住宅设计中,出于经济性考虑,低烈度区的多层住宅一般使用矩形框架结构体系。
但这次空中院墅由于户型导致的造型变异(层层退进),如果还是采用这种结构体系暂且不说结构不合理(需要进行大量的转换)、经济成本高,最重要的是朝南主要空间中会出现框架柱(规范要求框架柱最小尺寸在300以上)。
并且,床的上方还会出现梁(某知友:横梁压顶会导致头疼失眠???)
那么,什么样的结构体系是最优解呢?对症下药,结构设计师们整理了本项目建筑的最大特点及功能需求,了解本案的关键症结所在:
1、建筑竖向层层退进,且单体四周前后左右都有退进。
2、项目定位为居家养老产品,加上蓝城集团对产品内部空间一贯的高标准,房间内部几乎不允许有竖向构件外凸。
3、产品户型面积都比较小,需严格控制结构构件对使用空间的“侵占”。
4、房间的开间自下而上都是对齐的。这点是对结构布置有利的。
在充分了解了建筑特点和项目需求之后,对结构体系的要求也随之清晰的显现,简单来说有两点:1、拔掉卧室里的柱子 2、解决柱子拔掉后的遗留问题 。
明确需求之后,结构大佬们“磨刀霍霍”开始大显身手,对剩下几个个备选结构体系进行了专业且细致的分析。
异形柱框架结构,pass。除一层及顶层能比较好的满足建筑要求外,矩形框架结构的所有缺陷它都有。二层以上建筑退进之后,要么因为仅留下200厚单肢,形成一字薄壁柱,不适用;要么因为整体收进无法作为转换柱而无法采用(规范要求异形柱不能作为转换柱)。
矩形柱/异形柱框架均无法满足建筑功能需求,基本被排除,这样以后似乎只有(少柱)剪力墙结构可供选择。最后,结构大佬们确实采用了剪力墙结构。
是的,6度区,5/6层的建筑采用了剪力墙结构!这是什么概念呢,就好比能举起几百斤的大力士去拎一筐鸡蛋,大材小用!
虽然选择剪力墙结构体系大材小用了,但是对于空中院墅来说,这同样也是“天选之子”。为什么这么说?且听结构大佬一一道来:
1、建筑上,因为建筑自下而上各开间是对齐的,可通过调整剪力墙的长度适应建筑进深方向上竖向收进,可以很好的满足建筑的功能要求。
2、结构上,可以基本保证竖向构件自上而下是连续的,仅很少的部位进行转换,且都能保证所抬柱上仅含一层楼盖。
3、在这个体系中,竖向构件基本为剪力墙,仅局部为满足建筑功能需要采用框架柱,因此(少框柱)剪力墙结构体系是水到渠成的。(南北进深的收进,导致二层以上都有大量沿Y向布置一字剪力墙,X向刚度很大一部分是Y向一字剪力墙与其平面外框架梁形成的“框架”刚度,概念上,应该加强X向的抗侧刚度,提高X向的抗震延性,所以在交通核四周适当的位置布置X向剪力墙就能满足需求。)
虽然柱子是拔掉了,剪力墙结构体系也能很好的满足建筑功能的需求,但是居无小事,对于严谨负责的结构专业而言,仍然有几个关键的问题需要解决。
南侧的X向(东西方向)墙肢,建筑退进之后,在三层以下无法下伸。
这意味着,三层以上南侧的竖向构件均为Y向(南北方向)的一字墙,这会造成结构体系受力不合理,对于结构而言是不可接受的。因此,必须在三层的部分墙肢转换出X向(东西方向)的墙肢。
简单来说就是不能只有南北方向有受力墙体,东西方向也得有。
一种解决方式是,把三层的剪力墙直接往下延伸,就像这样(下图红色线框圈处墙肢)
但是,这个转换会导致卧室中出现墙垛,本质上和拔掉的柱子对空间的影响没有差别。
于是,结构设计师们继续思考更优的解决方案,最终选择把原本“站着”的墙体进行转换成为“躺平”梁,并把梁隐藏到楼板和房间与阳台交接的门槛中,确保不对空间的完整性造成影响。
当然啦,“躺平”是有代价的,结构设计师们在其中采取了一系列特殊的结构措施。并且为了确保结构的安全性,除了采用YJK进行整体分析计算外,还采用SAP2000对该局部转换墙肢进行正常使用状态下的补充分析。
拉压应力较大值均出现在转换梁及被抬墙肢上,而剪力墙的最大压应力远小于混凝土压应力设计值,最大拉应力小于混凝土拉应力设计值。设计针对性地加强转换梁及剪力墙暗柱配筋设计,并采取特殊的构造措施保证转换梁与被抬墙肢之间的可靠连接。
由于部分剪力墙实际上存在搭接转换,为了考察剪力墙在设防地震和罕遇地震作用下的性能,设计取典型单体进行动力弹塑性分析。分析结果表明,因为本项目位于低烈度区(6度0.5g),即使在罕遇地震作用下,钢筋混凝土剪力墙的混凝土均未出现受压损伤,均为受拉损伤;钢筋受拉、受压均未出现损伤(较多进入屈服,但最大钢筋应变不大于屈服应变的6倍))。
至此,大功告成!在进行需求分析—结构方案选择—常规分析—补充分析之后,剪力墙结构体系完美出炉。
1、为满足建筑功能需求,结构设计需要付出更多的努力,需要对建筑整体有深刻的理解,尽可能结合建筑的空间变化合理布置结构构件。
2、为满足建筑功能需求,在低烈度区的多层建筑采用剪力墙结构,看似不合理的选择,却是本项目的最佳选择。而且由于建筑功能需要,存在较多的一字剪力墙甚至一字短肢墙,这类构件结构都需要加强设计。这类产品的土建成本会有所增加,商定设计限额时应有所考虑。
3、为满足建筑功能需求,存在特殊的墙肢转换。本项目位于6度(0.5g)的低烈度区,场地类别为Ⅱ类,地震力小,且本项目均为小户型,开间都不大。这些都是对本项目结构实现的有利条件。若同类产品位于高烈度区,结构方案应尽量与当地专家或图审部门及早沟通。
4、存在非常规设计,设计应采取不同的分析手段对关键构件进行细致分析,找出薄弱部位,加强设计,以策安全。
通常,有优秀的设计作品面世时,建筑师们总是站在聚光灯下的一方,结构设计师以及其他配合方的名字鲜少有人提及,这似乎成为了建筑史上的一种传统。
但我们都深切的明白,一个优秀作品的诞生,离不开项目中各方人员的努力。在此,向深藏功与名的幕后劳动者们致敬!
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