住宅的大空间设计,还要建立在结构技术的合理性之上,下面讨论一下大空间住宅在技术上的实现途径。
大空间住宅与结构体系结合时有着鲜明的特点,如:户内尽量减少承重横墙;分户墙和承重墙合一,保证分户墙的坚固和隔音性能;户内厨房、卫生间相对固定,而其它空间开敞灵活等等。正是平面布局上的特点,决定了大空间住宅的结构选型不同于一般小开间住宅,而且应该满足既安全合理又经济实用的结构选型要求。
我国一般住宅传统上主要采用砌体剪力墙结构和钢筋混凝土框架结构两大类型。砌体剪力墙结构的墙体既是维护和分割结构又是承重结构,纵、横向承重体系刚度较大;但强度较低、抗震性能较差,特别是结构的横墙间距受到限制,无法获得较大的空间。钢筋混凝土框架结构有较好的抗震能力,建筑物的空间和高度较大,平面空间布置灵活;但由于结构构件的截面尺寸与结构的承载力和刚度成正比,所以如果要控制结构构件的尺寸,那么房屋的高度将受到限制,而如果需要建设较高的高层住宅,框架结构的结构构件特别是的柱的截面则会较大,不宜家具布置和装修,较为影响住宅室内空间的使用,也正是因为这种因素,框架结构一般在公共建筑中运用较多,而在住宅建筑中采用较少。
而进一步结合预应力等相关技术的剪力墙结构体系,便可以帮助实现大空间住宅的构建和布局。而大空间住宅的结构体系实质上也可分为“支承体”和“分隔体”两大部分。
1、 支承体系:
“支承体”是指住宅的构成骨架,主要是承重墙、非承重外墙、楼板、屋面板、楼梯等结构部分,由它们围合成“屋壳”,共同界定住宅内部空间,如图 8所示(除公摊部分外)。
2、 分隔体系:
而“分隔体” 则是指轻质内隔墙等构配件,作用是将屋壳内的住宅空间划分成为各种不同功能的使用空间。
图 8 支承体系示意
大空间的支承体系是结构的重点,以下对大空间支承体系做进一步的讨论:
1、 剪力墙承重体系:
为保证大空间、大跨度在结构上实现的可能性,设计采用剪力墙结构体系。剪力墙200mm厚,纵横墙配合承重,分户墙为承重墙,剪力墙开间最大的为6米、6.9米和7.2米。如图 9所示,(除公摊部分外)红色部分为可以布置承重剪力墙的范围。
图 9 承重剪力墙体系示意
2、 现浇(预应力)混凝土空心楼板
大空间的大跨度无梁结构是大空间住宅的结构难点。首先对目前采用的几种楼板结构进行简单比较和讨论:
楼板类型 优点 缺点
现浇实心钢筋混凝土楼板 采用最多,厚度在200mm以内可以满足6.6米以内的跨度需要 跨度小,含钢量大,自重大,基础工程量大且复杂
现浇梁板钢筋混凝土楼板 可减少部分内墙承重墙 室内顶棚有梁造成空间不适
无粘结预应力钢筋混凝土楼板 跨度可满足大空间需要,自重减轻,基础优化工程量和造价降低 施工复杂,工期长,造价高,一般不采用
预制预应力混凝土空心楼板 包含前者优点,隔声隔热性能提高 抗震性能差,施工中质量通病很难消除,即将禁用
现浇混凝土空心楼板 包含前者优点,结构重量可降低24~32% 抗剪性能较弱,施工复杂(特别是筒芯抗浮抗移)
现浇预应力混凝土空心楼板 包含前者优点,增强了抗剪性能,刚度大开裂小,抗震能力进一步增强,自重进一步减轻5~15% 包含前者缺点,施工相对要求更高
如采用最常用的现浇实心钢筋混凝土楼板,6.9米和7.2米跨度的楼板厚度将超过200mm,甚至有可能达到240mm(7200/30),结构经济性不佳。
如采用现浇混凝土空心楼板,则完全可实现空间的大跨度,板厚也可保证在180~200mm之内,除在跨度、自重、基础、隔声隔热等方面的优势外,还可使住宅实际的使用面积增加,节省墙体材料,建筑材料消耗减少28~32%,并且具有优化底层商服空间和地下停车空间的结构和层高的优点。
如进一步采用现浇预应力混凝土空心楼板,结构可得到进一步的优化。对于未来大空间结构体系,现浇(预应力)混凝土空心楼板是目前被普遍看好的新型结构技术。但同时也必须注意到它们的某些缺陷,特别是施工的复杂性和较高的技术要求(如图 10、图 11)。
图 10现浇空心楼板施工主要工艺流程
图 11 两种较为先进的筒芯抗浮固定施工工艺
3、 经济可能性比较分析
除考虑技术因素外,还应着重考虑经济上的可能性。以下结合部分测算资料,重点对空心楼板结构与传统梁板结构进行经济性能的比较和讨论:
现浇混凝土空心楼板:根据资料[1]测算,当跨度在6~7.5米之间时,采用空心内膜的价格小于所省去的混凝土和钢材的价格,具有一定的经济效益。根据资料[2]测算,综合考虑两种结构的工程量和
通过以上比较可以看出,7m左右跨度的空心楼板在经济上与传统结构有较强的可比性,在经济上具有一定的实现可能性。
现浇预应力混凝土空心楼板:根据资料[3]的测算,考虑到预应力筋的强度价格比超出普通钢筋的强度价格比25%,因此使用预应力筋可使结构造价更经济。如对于8米跨度的空心板,在板厚不变的前提下,预应力结构比普通结构每平米的造价要降低18元。随着跨度的增加,这两种结构形式的造价差距还要增大,当跨度达到15米时,预应力结构要降低造价约40元。而且从楼板用钢量考虑,每使用一吨预应力筋,至少可以节约4吨普通钢筋,是节约型绿色环保建筑的优先选择。
在支承体系的基础上,就可以构造和利用大空间的分隔体系进行居住空间的分隔和定义,从而创造适应需求、灵活多变的套内空间。对大空间住宅的分隔体系做如下讨论:
1、 轻质隔墙的基本性能要求
厚度和重量:
厚度宜控制在50~100mm, 自重宜控制在20~70kg/平米, 轻而薄,具有良好的刚度和强度,能抵御一定的冲击力,变形小。
防火:
应达到《建筑材料燃烧性能分级方法》(GB8624-1997)标准不燃A级,耐火极限3~4小时。
隔声:
应符合《民用建筑隔声设计规范》(GBJ118-88)的规定。目前隔声和抗冲击性能较差的60毫米厚的隔墙板已经逐步限制使用,取而代之的是厚度为90毫米的隔墙板及80毫米以上的石膏砌块,如石膏板隔墙、GRC隔墙(隔声量30~38分贝)、中空塑合隔墙等(隔声量40分贝)。
保温隔热:
导热系数应控制在0.1~0.2W/m?k以内。
施工:
配件齐全,安装方便,无湿作业,可重复使用,表面平整,装饰效果好,高、中、低档产品齐全。
2、 轻质隔墙的选用
薄板类:
如纸面石膏板、纤维水泥加压板、纤维增强水泥板、轻质玻璃纤维增强水泥板等。