别墅建筑的结构设计

[摘 要]别墅结构设计中,结构体系选择和结构布置是最重要的环节,本文对常见的几种体系做了对比,认为混凝土框架异形柱结构是最适合的别墅结构,然后阐述了此种结构在布置时的难点和特点.

[关 键 词]别墅结构体系异形柱结构布置

随着经济的发展、建筑技术和材料科学的进步,为人类提供了建设各种住宅的可能性.尽管多层住宅大量修建,并在技术和经济上都显示了众多优越性,高层住宅也正在迅速发展,而作为豪华舒适的住宅类型——别墅建筑,在城市建筑中仍然受到欢迎,而且显示了很强的生命力,特别是在沿海开放城市及经济开发区采用这种类型的住宅较多.现代别墅就是在现代生活的基础上运用先进技术和现代建筑思想发展起来的高级住所.

1.别墅建筑结构体系的比较选择

一般情况下,别墅的层数都较少,因此在结构体系的选择上没有太大的技术问题,别墅所考虑的是经济性指标和安全美观,我国常用于别墅的结构体系有以下几种：

一是混凝土框架结构.框架结构层数较低时,不仅在建筑上容易满足体型与视觉要求,而且结构安全可靠性非常高,因此是别墅首选的结构体系.框架体系按其柱截面形状可分为异形柱和规则柱,对于规则的柱子,往往都会凸出墙面,而异形柱子可以适合各种工程情况,使得内外墙面平整美观,因此对于安全可靠性不存在问题的情况下异形柱成为首选,但选用异形柱时还应该注意,当异形柱截面形心与梁中轴不一致时,应按照规范对其配筋截面尺寸的专门技术规定,增大截面；异形柱的基顶宜布置一段过渡的规则截面如矩形,以缓和基顶的应力,使其较均匀地扩散至基础.

二是钢结构.钢结构包括一般钢结构和轻钢结构,别墅一般层数都在五层以下,因此不宜采用一般钢结构,近年来兴起的轻钢结构也是别墅结构体系选择的一个好方向,轻钢结构常用格形桁架结构或C型轻钢龙骨,耐火性能和隔热性能都大大提高,但每平方米的造价较高,因此现阶段在我国还较少采用.

三是砌体结构.砌体结构是低层建筑中最常见的结构体系形式,砌体结构自重大、体积大,砌筑工作繁重.由于砖、石、砌块和砂浆间粘结力较弱,因此无筋砌体的抗拉、抗弯及抗剪强度都很快.由于其组成的基本材料和连接方式,决定了它的脆性性质,从而使其遭受地震时破坏较重,抗震性能很差,与钢和混凝土相比,砌体的强度较低,因而构件的截面尺寸较大,材料用量多,自重大.而且砌体的砌筑基本上是手工方式,施工劳动量大.在使用上受到一定限制；砖、石的抗压强度也不能充分发挥,因此别墅中不宜采用,砌体结构不能作为别墅结构体系的发展方向.

四是木结构.木结构因为是由天然材料所组成,受着材料本身条件的限制,是各向异性,有木节、裂纹等天然缺陷,易腐易蛀、易燃、易裂和翘曲.良好的木结构需要做好各种防腐处理,使用起来也较复杂.

2.别墅建筑的结构布置

别墅作为一款市场定位较高的产品,在结构布置方面和普通住宅的侧重点有较大不同,具体体现在以下几个方面：

一是为控制局部沉降,同时取得最好的防渗性能,一般要求在首层做混凝土结构板.对于带局部地下室的户型的首层的结构布置则要求整个首层均作混凝土结构板,并在模型计算阶段考虑该荷载对基础的影响.局部地下室的防渗可选用以下做法：钢混凝土结构底板兼做侧壁基础,此种方法下底板厚度可以做300—400mm；地面为按构造配筋的混凝土底板,下为100碎石层,350大块石层,侧壁基底应比地下室地面低800,以增加渗透阻力.

二是上下层功能不对齐会影响视觉美观.如首层客厅或者餐厅上方,存在厕所跌板或露台,这时在结构布置时,应注意采取不同措施达到视觉上的美观,笔者通过对一些别墅户型的研究发现,有些地方当户型存在上层为厕所而下层为客房的情况,布置结构楼板时在厕所处结构不凹板,从而造成各种管道直接出露在下层房顶的情况,这种情况虽可做吊顶处理,但存在日后漏水的隐患.所以在上下层功能不对齐时,应结合实际工程情况同时考虑美观而布置各层楼面结构.另外当二层主卧室伸出阳台的位置下面为餐厅时,楼面结构布置时候注意,避免因标高不同而在下层空间露梁的情况.

三是户型上下层错位时对经济性影响较大.例如上下层错位时造成的二层外墙退缩情况,会出现结构转换或者反梁,不仅施工中较困难而且也提高造价,因此在结构布置时应避免.

四是楼梯布置.与普通住宅相比,别墅的楼梯一般布置非常灵活,从而容易导致净高不够的情况,因此结构布置的时一定要慎重考虑此问题,否则施工后的补救措施将非常麻烦,只能从新做而浪费工期与材料,因此在设计时做到未雨绸缪.

五是立面配合.外墙很多装饰线要求和主体结构一起浇筑,而这类配合大样又往往由于要求出图的时间较紧而遗漏,容易对后期的施工进度造成一定影响.

六是坡屋面的设计目前尚无理想的建模软件,故布置上存在多种不同的做法.如屋脊处有梁及无梁的做法均可行,但从经济济美观的角度出发,考虑到屋面坡度一般比较陡,屋面板相交处实际的受力形式应为相互支撑互为支座的关系,所以笔者建议一般要求屋脊处不做梁,而对于部分坡屋面下有平板的户型则应该注意是否留出面层施工拆模的空间.

七是山地连排别墅每一单体交接处往往存在一定的高差.从而要求结构设计一定要考虑因标高变化而带来梁支撑高度不足的情况,且在交接处因平面错位而造成竖向构件布置和单体布置有所不同的情况也应该注意.例如在广州某地一别墅山庄就有一个连排户型出现该情况,而设计没有意识到而造成原1·5米悬臂到了连排尽头变成5米悬臂的情况,从而造成安全隐患,因此设计时应提前注意避免.

3.别墅结构设计中的建议

一是考虑我国目前别墅的大多数做法和经济性指标,结构体系宜选择框架异形柱结构,此种结构首先在视觉上很容易达到别墅的高要求,而且对混凝土框架结构传力明显,当前的设计模型对实际情况的模拟较逼真,因此设计的安全可靠性也高.

二是在一般的结构设计中,结构结算和分析是结构专业设计的关键,但在别墅结构设计时,由于层数较低,在保证安全的前提下,应重点做好与其他专业设计的配合,特别是在结构布置时,对外部美观的考虑较多,一栋豪华的别墅,舒适美观甚至成为结构布置最关键的控制因素.

4.结语

社会在发展,家庭结构在变革,别墅的使用功能标准也在变化.随着别墅市场的日益发展,人们对于别墅产品的要求也越来越高,别墅设计在满足人们使用功能基础上应该逐步达到高技术、高情操的完美结合.从以前简单的炫富到现在更高层次的精神生活品质的追求,其规划设计愈来愈趋向于人性化,从人的需求出发,创造更加人性化的居住环境.绿色的生态建筑是当今世界建筑业发展的趋势,“可持续发展”是21世纪社会发展的主旋律.对于今后的别墅设计,应根据最新的绿色生态别墅设计原则进行设计,积极采用绿色生态技术,如利用太阳能和节能设置、污水处理和水循环利用系统、垃圾分类处理以及充分利用建筑的废弃物、注重自然采光通风及隔热和遮阳等技术,采用绿色环保建筑产品和材料,创造名副其实的绿色的生态别墅建筑.