建筑结构优化设计与结构措施研究

建筑结构优化设计与结构措施研究

发表时间：2018-11-07T10:02:41.990Z 来源：《建筑学研究前沿》2018年第17期作者：陈强斌李永清

[导读] 随着我国时代的发展和经济水平的不断提高，我们在保证建筑的安全性和实用性的同时对建筑的美观性和和经济性方面的要求也正在不断地提高。

浙江施朗龙山工程设计有限公司 310000

摘要：建筑结构设计优化措施是顺应建筑行业发展的产物，也是市场经济条件下对资源配置提出的新要求，其为建筑结构优化设计提供了重要的参考，具有不可估量的参考价值。对建筑结构进行优化是实现建筑行业长远发展的重要途径，将建筑结构设计优化的结构措施应用于结构设计，能够体现建筑结构设计的科学性和经济性。同时装配式建筑发展已作为建筑业转型升级的重要突破口。本文探讨了浙江省嘉兴市孔雀城A地块项目中B住宅的建筑结构优化设计与采取的结构措施。

关键词：建筑结构；优化设计；结构措施；经济性；预制混凝土墙、板

引言

随着我国时代的发展和经济水平的不断提高，我们在保证建筑的安全性和实用性的同时对建筑的美观性和和经济性方面的要求也正在不断地提高。既要保证建筑安全、实用，还要做到建筑经济、美观，与此同时也要加强对施工便利性和时效性的考虑。所以对建筑结构做完整的优化设计也是十分重要的。

1 工程概况

本工程高层住宅采用装配整体式剪力墙结构，地下1层，地上28层，上部层高均为2.8m。建筑总长56.1m，总宽13.05m，结构总高度78.5m。建筑抗震设防类别为丙类，建筑结构安全等级为二级，所在地区抗震设防烈度为7度，设计地震基本加速度0.10g，设计地震分组为第一组，场地类别为Ⅳ类，50年一遇的基本风压0.45kN/m2，地面粗糙度B类，风载体型系数1.4。基础采用桩筏基础。桩采用直径

600mm预应力混凝土空心管桩。局部采用预制混凝土墙和预制混凝土板（60mm+80mm），填充墙外墙采用B07 加气混凝土砌块，内墙采用B06 加气混凝土砌块。混凝土强度为C50~C30，钢筋采用HRB400级，箍筋采用HPB400级。抗震等级：剪力墙二级。

2 建筑结构优化设计

2.1 建筑结构平面布置

在进行建筑工程结构设计时必须遵循其基本原则，主要就是要遵循可靠性原则、经济性原则、安全性原则、适用性原则、美观原则以及便于施工原则等，要保证结构设计的科学性和合理性就必须有效的将这几个方面结合起来。在进行建筑工程结构设计的工作过程中可以对其加以优化改变，提高其合理性，在保证结构设计科学性的同时提高其设计效率。本工程的标准层单元结构平面布置详见标准层平面布置图（图中阴影填充部分为剪力墙和框架柱）。高层剪力墙结构在方案阶段的抗震概念设计尤为重要，其首要问题就是进行合理的剪力墙布置。剪力墙布置遵循均匀、分散、对称和周边的原则；在平面布置上尽可能均匀、对称以减小结构扭转。不能对称时应使结构的刚度中心和质量中心接近。本工程建筑平面因采用通长的外走廊来节省楼电梯的面积和个数，使的平面不规则性很差；建筑的高宽比和长宽比均不利造成结构的经济性指标很难满足。结构优化措施是在走廊的内侧增设框架柱和剪力墙使结构竖向构件外移，在开洞区域局部补充抗震板；消除平面不规则。在楼电梯和主体相接处加厚楼板提高抗震性能。同时在建筑两侧增设长墙来平衡刚度满足Y向层间位移角的计算要求；加高X向外边梁的截面来满足X向层间位移角的计算要求。其中连梁剪压比超限的问题则考虑从整体上的剪力墙布置去协调。同时考虑扩大洞口宽度或减小梁截面，增大连梁的跨高比，减小该片联肢墙刚度，转移其承担的部分地震力，从而降低连梁内力达到不超筋的目的；对调整确有困难的梁，也通过合理的降低梁的弯剪刚度而不减小梁截面的方法进行调整。

2.2 预制混凝土墙和预制混凝土板的结构优化

装配式建筑是传统建筑业与先进制造业良性互动、建筑工业化和建筑信息化深度融合的产物。装配式住宅一体化设计，各专业间互为条件，互相制约，大量施工及安装工作需在前期设计时精准确定，必须通过最大限度配合实现最优方案。建筑方面采用预制混凝土墙板的结构设计重点在于建筑体形控制。结构设计时选取预制板块尽量规整，减少预制板块规格，合理利用“少规格、多组合”的原则，控制构件标准化，尽量统一模数。装配整体式剪力墙结构中，墙体间的接缝及连接较多，主要为预制构件之间的接缝及预制构件与现浇混凝土之间的界面，施工时接缝处剪力墙墙身钢筋连接要求较高，装配或绑扎较难；为尽量降低现场操作的复杂性，使装配后的墙板整体性能等同现浇剪力墙结构，对于预制墙体的选择采用如下原则：（1）竖向受力相对较小，承重构件竖向应上下对齐无转换；（2）方便现场装配连接，利于发挥预制结构精度高、质量好的地方；（3）本工程的边缘构件均采用现浇混凝土墙。同时剪力墙结构底部加强部位的剪力墙采用了现浇混凝土；考虑对弹性计算的内力进行调整适当放大现浇墙肢在水平地震作用下的剪力和弯矩。装配整体式剪力墙结构中预制板的厚度选取多种多样。其中图集的最小厚度规定如下：预制厚度≥60mm，现浇板厚度≥60mm，叠合板总厚度≥120mm。本工程初始采用厚度为

60mm+60mm后调整为60mm+80mm的叠合板。两者对比中120mm厚的叠合板做法有叠合板现浇部分钢筋容易露筋，保护层厚度难以保证，设备管线不易预埋等缺点。同时采用140mm的叠合板有叠合板底筋可不伸入支座，现场吊装简便，施工操作性便捷，施工质量容易保证等优点。结构优化采用60mm+80mm的叠合板进行设计。

3 建筑结构优化的结构措施

3.1从整体控制结构经济性的结构措施

本工程建筑方案选型时期，结构对建筑提出的优化有以下几点：（1）建筑外部体形的长宽比例、对称性以及复杂程度直接影响建筑物

结构成本高低，同时建筑体形对节能产生较大影响；结构要求建筑体型尽量合理。（2）合理布置外挑外挂构件能较好地提高产品的水平，繁琐和过分复杂的外挑外挂件不仅在建筑上显得多余，而且增加结构成本支出。（3）建筑层高直接影响建筑柱、墙体、垂直向管道管线的工程量，一般来说建筑物每增加0.1米，单层建筑成本增加2％左右。在高层建筑中层高的累计则会对建筑的基础产生较大影响。结构要求建筑选取合理的层高。（4）在地下室层数确定的情况下，地下室层高是决定地下室埋深的主要因素，控制层高能够减少埋深，从而降低地下室结构成本。本工程地下室采用无梁楼盖，层高3.2m，结构需要建筑和设备专业配合克服难点。（4）建筑需要优化地下车库的柱网，科学合理地柱网布置能达到最好的经济性。反之柱距过密或过大均会导致成本增加。（5）不同墙体材料的热传导性不同，对能耗的影响也不同，例如加气混凝土砌块墙的能耗就远低于钢筋混凝土墙体，因此选用低能耗的墙体材料也是解决节能方案的途径之一，同时加气混凝土砌块墙的干密度比较有利于结构经济性控制。本工程结构对建筑优化意见为填充墙外墙采用B07加气混凝土砌块，内墙采用B06加气混凝土砌块。（6）进行景观方案设计时，结构优化意见为利用原有地形的起伏关系完成景观设计；避免大面积增加荷载的景观，从而造成增加地下室的结构荷载。

3.2从局部控制结构经济性的结构措施

本工程结构施工图阶段采取的结构优化措施优化有以下几点：（1）结构受力钢筋强度等级全部采用III级钢及以上钢筋。构造柱、圈梁等非抗震结构构件以及分布筋、构造筋等可以使用I级钢筋。结构设计总说明钢筋连接部分修改为直径d≥25纵筋、底部加强区竖向构件中d≥22纵筋、框支柱、框支梁纵筋采用直螺纹套筒连接；钢筋直径14≤d≤22时采用焊接；钢筋直径d≤12时采用绑扎搭接；（2）地下室整体设计不允许设置变形缝，包括地下室与塔楼的连接。地下室采用普通抗渗混凝土不采用膨胀混凝土；外墙混凝土保护层厚度建议按《混凝土耐久性规范》取35mm。后浇带或膨胀加强带可以采用微膨胀混凝土。（3）框架梁上部贯通筋取规范计算和构造中最小值。次梁架立筋取2C12。当梁跨度较小（L<4.0m）时，上部纵筋贯通。梁跨度较大（L≥4.0m）时，采用架立筋方式。箍筋加密区以外有计算配筋的，可根据实际情况，采用分段配置的方式。（4）在混凝土楼板的配筋上以规范规定的板类受弯构件最小配筋率和采用小直径通长钢筋拉通来控制含钢量。节点大样以单排配筋为主。（5）剪力墙厚度递减，剪力墙混凝土标号从C50逐步降至C30。整体上通过提高混凝土强度来减少剪力墙的布置数量。

3.3 基础的结构优化措施

桩基础存在主要两种类型，一种是灌注桩，另一种是预制桩。对于灌注桩而言，其操作方式比较复杂，在施工中难以把握工程质量，施工造价昂贵。本工程采用预应力混凝土空心管桩。同时在基础方面因有局部一、二层商业，在建筑沉降差控制上会产生一些问题。因此在局部设置沉降后浇带的同时考虑施工顺序上的有利影响；规划调整商业裙房的施工顺序在主楼完成后开始施工。4结语

综上所述，在建筑结构设计中，建筑结构设计的优化措施具有非常广泛的应用价值和推广价值，而且建筑结构设计优化对企业的发展和行业的发展都具有重要的推动作用。

参考文献

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