某工程结构设计优化与体会

某工程结构设计优化及体会

1、关于结构设计的优化

结构设计的目的是在保证建筑安全、技术可行、配合并促进建筑设计的前提下，以最经济的手段来实现建筑的预期效果。建筑在经济上合理与否，取决于设计的合理和优化，特别是高层建筑，设计上的每一环节，每一步骤都可以挖掘出经济效益。

结构专业的优化设计，不是以牺牲结构安全度和抗震性能来求得经济效益的，而是以结构理论为基础，以工程经验为前提，以对结构设计规范实质内涵的理解和灵活运用为指导，以先进的结构分析方法为手段，对设计进行深入调整、改善与提高，对成本进行审核和监控，是对结构设计再加工的过程。“优化”工作是以原设计为基础，在充分尊重原设计的基础上，着眼于结构体系和结构布置的合理性和高新技术的应用，同时，“优化”的过程也是发现差错、纠正不足的过程,通过优化降低不安全因素，从而保证项目的技术质量和经济质量。结构设计优化是精益求精的过程，将会带来合理的设计、带来经济技术效益。

2、某工程结构专业原设计的主要情况

某工程位于青岛市，由两组共六幢高层建筑组成，1#、2#、3#高层住宅为第一组，4#、5#高层公寓和6#酒店为第二组。工程建设地区抗震设防烈度为6度，地震基本加速度为0.05g，设计地震分组为第三组，基本风压为0.60KN/m2，基本雪压为0.2KN/m2,抗震设防类别为丙类，若采用天然地基，筏板基础的持力层为第六层，强风化细粒二长花岗石，地基承载力标准值为600kpa。若采用桩基，桩端持力层为第六层，桩的权限端阻力标准值q=6500 kpa。

我公司承担该工程结构专业设计顾问咨询工作，工作重点是对工程的结构设计进行优化。

该工程设计单位为某甲级设计院，原结构设计1#、2#、3#、4#、5#楼均为现浇钢筋混凝土剪力墙结构，桩筏基础，6#为现浇钢筋混凝土框架剪力墙结构，基础采用桩基加抗水板。工程中所有桩均采用大直径人工挖孔扩底灌注桩。裙房及地下车库采用独立桩基加抗水板基础形式。6幢高层建筑结构原设计的主要情况如下：

3、结构设计优化的主要内容

3.1、第一组基础的造型

第一组三幢高层原设计为桩筏基础，经详细分析地质报告得知，地下室地板至第六层持力层的距离较近，一般在2.0~5.0m，采用桩基已失去意义，经与建设方、原设计单位讨论商定，本组建筑基础全部改用平板式筏形基础。

3.2、桩基的优化

原设计第二组4#、5#楼的桩筏基础，桩基有三种规格，分别为桩径d=800,扩大头直径D=1500，桩径d=1000、扩大头直径D=1800和桩径d=1200、扩大头直径D=1800。6#楼桩基采用了5种规格，分别为d=800，D=800和d=1000，D 分别取1500、1600、1800、2000等。桩基的配筋存在不符合规范要求的情况。

桩基部分的设计优化的意见是：基桩规格应统一确定选用规格，规格数量不宜太多，一般取2~4种即可。大直径扩底灌注桩通过增大扩大头直径D可大幅度提高基桩的承载力，设计时在桩身满足桩承载力的前提下，应优先采用D较大的基桩，这样可以使基桩在增加混凝土量不多的前提下，承载力得以大幅度的提高，结构效率更高。因此本工程建议取d=800、D=1200、D=1600和d=1000、D=1800、D=2000四种规格。基桩配筋率取0.4%左右即可。

3.3、筏板厚度

原设计1#~5#楼的筏板厚度分别为1100、1800、2000、1800、1800。

研究表明增大筏板厚度会使弯矩增加，因此在满足冲切、构造和刚度条件下，降低筏板厚度可降低静力条件、地震作用下的筏板弯矩，从这个角度讲，降低筏板厚度不仅节省工程造价，而且还能改善筏板的受力条件，因此并非筏板厚越大

越安全。

原设计单位接受了优化意见后，把筏板的厚度修改为1100，1500，1800，1800，1500，即2#、3#、5#楼筏板厚分别减少了300，200，300。

3.4、地下室外墙

原设计中第一组建筑的地下室外墙厚度为500，墙体高度为5.80米。第二组建筑的地下室外墙为500，墙体高度为6.15米。

工程设计中对于地下室外墙，一般把楼板和基础底板作为外墙板的支点，按单向板计算，在基础底板处按固端，顶板处按铰支座或弹性固接，外墙厚度一般取墙体高度的1/15~1/20。考虑的荷载主要包括墙体外侧的土压力、水压力和地面堆载。荷载的形式以三角形分布为主，墙体的配筋主要由垂直于墙面的水平荷载产生的弯矩确定，而且通常不考虑与竖向荷载组合的压弯作用。仅按墙板弯曲计算墙体的配筋。当地下室的外墙位于地下水位之下时，配筋可能会由墙体裂缝宽度控制要求决定。

本项目地下室外墙总长度为870米，混凝土用量约为2700m3，因混凝土用量大，钢筋用量大，工程量大，进行精细化设计，节约效果明显。经计算对比，地下室外墙厚度可取400，配筋也可在厚度为400的基础上进一步优化布置。

3.5基础抗水板

原设计两组建筑的基础抗水板均采用梁板式结构，梁格间尺寸为8400×8400，抗水板厚度为500。

整个基础抗水板的面积大，梁板混凝土用量大，详细计算，对保证经济效益很有意义，工程设计应予重视。

经计算，若保持原设计梁截面尺寸不变，配筋可以减小，减小幅度约为20%，抗水板厚度由500改用400，抗水板的上层钢筋也可减少约20%。

对于独立柱基加抗水板形式，抗水板系统也可采用无梁楼盖形式，以独立柱基做为柱帽，抗水板为平板式，划分柱上板带与跨中板带，进行计算配筋。无梁楼盖形式将更有利于节约钢材。

3.6、地下室顶板

原设计第一组地下室顶板，主要柱网8400×8400，主次梁体系，主梁450×1100，次梁采用3×3网格，截面为300×8500。第二组建筑地下室顶板主要柱网8400×8400，主次梁体系，主梁450×1100，次梁400×800，板厚250。

对于地下室顶板，除去主楼部分，剩余面积超过10000平方米，部分区域考