【结构学院】大数据对住宅楼板设计经验的影响

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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。

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。


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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:


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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。


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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。


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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。


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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。


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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