【结构学院】大数据对住宅楼板设计经验的影响

来源：远洋设计汇（id：Sinooceanland-Design）

作者：彭明英

引言

对有丰富住宅设计经验的设计者而言，住宅楼板设计就是小菜一碟。给出设计条件，包括房间功能、布局等即可根据跨度得出楼板厚度。设计者头脑中固有的经验或习惯思维直接影响着设计成果。而不同的设计者或决策者的经验和习惯可能存在差异或偏差，这些差异或偏差对设计成果质量的影响至关重要，这给住宅设计管理工作带来不少问题。本文将采用大数据技术从终端分析和解决这个问题。

一、住宅设计大数据分析的意义

如果说常规的住宅设计采用正向思维模式：通过现有条件寻找结果。则大数据分析采用的更多是逆向思维模式：在已知的大量条件和结果中，反推其关联性、寻找其规律性。

1.科学决策

利用大数据的分析结果来更新固有的经验或习惯。改变传统的经验模式，推动决策过程从“经验”走向“科学”。利用精准的数据和可靠的实例，为项目各阶段论证提供技术支撑，方便决策者科学决策。

2.高效管理

通过大数据管理，实现降本增效的目的。通过统计数据的分析结果预测设计的合理性，提高设计管理的精细化水平，提高管理的工作效率。

3.标准化设计

从大数据统计得来的分析结果，正好为施工图的标准化设计提供技术依据，减少论证和决策时间，保证设计成果的经济合理，安全适用。

图1 大数据意义

二、住宅楼板大数据统计结果

笔者通过工作积累、资料收集等多种方式统计了全国主要城市的60余组住宅施工图数据。其中项目主要分布在华东、华北和华南区域。由于板厚的影响因素主要是跨度，下面针对标准层会客厅楼板厚度和跨度统计结果进行整理分析。

1.楼板厚度和跨度的区域分布

楼板厚度和跨度的区域分布及频率统计结果如下图：

图2（左）楼板厚度的比例分布

图3（右） 楼板跨度的比例分布

根据上述图表所示：楼板厚度值70%分布在110~130mm， 跨度值80%分布在3.3~4.5m。

2.板厚与跨度的关系图表分析

依照常规经验，楼板分为双向板和单向板。双向板是指楼板长边与短边比值不大于2的板块，为双向受力；余者为单向板，基本为单向受力。根据工程经验，板厚和跨度成线性比例关系。单向板板厚一般取跨度的1/30以上，双向板一般取跨度的1/40以上。

本文将各项目楼板厚度与跨度的关系统计如下图。图中，绿色为单向板的取值下限值，蓝色为双向板的取值下限值。将数据与趋势线放在一起，看看最终的结果与我们的常规经验有什么不同。

图4 楼板跨度和厚度的分布关系

根据上表可以看出：

1）板厚与跨度基本呈线性正相关性。这一点与我们常规经验相符。

2）板厚主要分布在110mm~130mm，占比70%。跨度主要分布在3.3m~4.5m，占比80%。

3）所选楼板多数为双向板。跨度在3.3m~4.5m时，板厚取值接近单向板板厚取值；跨度大于4.5m时，板厚取值接近双向板板厚取值。这一点与我们的常规经验不太相符。在主要跨度范围3.3m~4.5m内，楼板的厚度取值比经验值偏大。

3.数据的离散性分析

上述数据统计存在一定的离散性。具体表现为：

1）数据的来源城市分布不太均匀，如华东华南城市项目较多。可能放大部分城市代表的结果。

2）数据并非基于一种形式。如收集项目存在预制叠合板类型，板厚偏大。后述分析剔除特殊的楼板类型如叠合板，强调数据指标的统一性。

3）数据总量偏少。用以分析的数据越多越全面，分析的结果就越接近于真实。

后述将持续收集相关数据，充实数据量，更新分析结果。

三、住宅楼板大数据统计分析

除了板厚与跨度的关联性分析，我们对现有数据的内在涵义进行深层挖掘。

1.抗震性能角度

从抗震角度来讲，一般情况下楼板为非抗震构件。减小板厚，能适当减轻结构质量，且不影响结构抗侧刚度，从而降低地震效应。因此宜合理控制结构板厚。现有的板厚在住宅楼板主要的跨度范围，比经验取值偏大，应是另有原因。

2.舒适度的角度

住宅楼板作为居住的承载者，应具有适宜的舒适度。对于住宅建筑，楼盖结构的竖向振动频率不宜小于3Hz，竖向振动的加速度最大限值如下表所示。

表1 楼盖竖向振动加速度限值

借用笔者曾经负责的一个项目进行说明：8.4mx8.4m的柱跨，十字次梁，板厚120mm，以框架柱和剪力墙作为支撑。楼板舒适度计算：竖向振动频率为6.9Hz，大于3 Hz；加速度为0.02m/s²，小于0.05 m/s²，满足舒适度要求。对于常规的混凝土住宅楼板布置来说，楼板的舒适度均满足使用要求。同时通过分析发现，相同条件下，增加楼板厚度，能提高楼板舒适度。

3.建筑使用功能的角度

随着高层住宅建筑的日益增多，房屋的隔声问题逐渐被居住者关注重视，尤其是楼上楼下的噪音问题，给我们带来了不少困扰。相信不少人都有亲身感受，每到半夜被楼上持续的噪声吵得无法入睡，或因家人活动打扰楼下被贴条、敲门。对高品质生活的追求推动着业主投诉维权，也迫使地产从业者不得不思考这个问题：楼板的设计是否能满足隔声降噪的功能。

图5 楼上楼下噪音问题

根据我国住宅外部环境噪声的实际状况，结合我国的技术经济条件，国家出台相关规范规定了住宅在关窗状态下的室内允许噪声级。规范从建筑系统和构件两个层面对房间及楼板的隔声性能提出要求。其中楼板的隔声要求分为空气声隔声和撞击声隔声。

表2 卧室、起居室及楼板的隔声要求

（括号中为高要求标准限值）

住宅室内允许噪声级标准，是对住宅楼内、外噪声源在住宅卧室、起居室产生的噪声的总体控制要求。室内噪声不仅和住宅建筑所处的声功能区、周围噪声源的情况有关，而且和建筑物本身的隔声设计密切相关。当住宅室内夜间噪声在40dB以上时，都会对住户正常的休息和睡眠造成不良影响。

普通楼板的空气声隔声效果怎样？在《建筑隔声设计—空气声隔声技术》一书中，根据推荐使用的经验公式，以100厚楼板上覆20厚水泥砂浆为例，其空气声计权隔声量计算结果约为47.5dB，大于45 dB。由此得出：楼板越厚，空气声隔声效果越好。在简单装修下，100厚楼板即可满足空气隔声要求；120厚楼板可满足高标准要求。

楼上楼下的噪音大多和楼板的撞击声隔声性能的优劣相关。楼板的撞击声压级越大，楼上活动对楼下居住者的影响就越大。以下是几组实测带装修面层的楼板做法的撞击声压级，如下表。

表3 常用各类楼板的计权标准化撞击声压级(dB)

国内住宅现场隔声测量调查表明，厚度在120~150mm的毛坯混凝土楼板的计权标准化撞击声压级通常为80dB左右。楼板越厚，撞击声压级趋向于越好，但效果很不明显。混凝土楼板如果不做隔声装修，很难达到规范规定的撞击声隔声要求。因此，要使楼板的计权标准化撞击声压级不超过75dB，地面装修时需要考虑对楼板采取必要的隔声措施：如采用木地板、地毯及隔振垫层等做法。

现有住宅多数为毛坯交房，地面做法均为业主自理。如果业主不具备相关知识，或为节省装修成本，仅采用简单装修，楼板的撞击隔声效果是很难满足要求的。

图6  地毯铺装

图7 隔音垫浮筑楼板

4.消防的角度

根据国家防火规范，100厚的现浇整体式楼板，耐火极限为2h>1.5h，已经满足一级耐火等级要求。增加楼板厚度，对提高消防性能要求的意义不大。

5.各地特殊规定或要求

各地政府部门出台住宅工程质量通病的控制标准，严控住宅质量，部分条文比国家标准的限值有所提高。如江苏、福建等地要求住宅钢筋混凝土现浇楼板的设计厚度不应小于120mm。对比国家规范80mm的楼板下限要求提高不少。这是本次部分数据比经验取值偏大的一个重要原因。

根据上述分析，对于常规住宅布置，100厚的楼板可满足空气隔声、防火要求、舒适度要求。如为简单装修则很难满足撞击声隔声要求；

增加楼板厚度，能提高其空气隔声性能，以达到高标准要求。能提高舒适度要求、防火要求，但意义不大。能提高撞击隔声性能，但效果不明显，不如采取合适的面层做法对隔声更加有效。会增加结构质量，不利于结构抗震，增加土建成本；

上述数据在主要跨度范围3.3m~4.5m内，楼板的厚度取值除了根据经验按跨度取值外，还需同时考虑各地标准和规定的影响。如果住宅品质定位较高时，宜适当提高取值标准。

四、住宅楼板大数据统计结论

根据上述分析，本文针对主要板跨分布范围3.3~4.5m（占比80%），并剔除离散性大的叠合板数据后进行分析，给出建议的板厚与跨度关系曲线如下图红线所示。

图8 楼板跨度和厚度的分布关系

建议不同跨度下板厚取值如上图曲线所示，并针对各地规定及高品质住宅要求相应调整。

五、结语

文中建议的板厚通过现有住宅设计的数据统计分析得出，为以后项目设计提供参考。综合上述分析，在对楼板厚度设计全面理解的基础上，可以避免因住宅隔声、振动等问题产生对板厚设计的质疑，消除误解；避免因不同区域不同项目板厚差异给设计管理带来的困扰，提高管理效率；避免不同设计者因为习惯不同经验差异导致的板厚取值的离散性，推动设计的标准化。