建筑结构设计优化思路探讨

建筑结构设计优化思路探讨

范忠沛杨静

山东大卫国际建筑设计有限公司济南250100

摘要：优化设计首要是方案优化，其次是细部优化。方案优化要根据建筑功能、建筑高度、平面布置及立面造型确定结构选型，再根据结构选型确定建筑方案是否经济、合理，经过相互协调后确定最优方案。模型计算时要保证荷载输入准确，受力构件模型简化正确。在满足现行规范要求的前提下，合理采取措施，达到优化的目的。

关键词：建筑结构设计优化设计细部优化方案优化

1基础设计部分

1.1基础方案：

⑴一般情况下，采用不同基础方案时结构成本从低到高的规律是：天然地基----地基处理-----桩基础。

⑴关于抗浮设计：配重、抗拔桩和抗浮锚杆。各工程应根据实际情况确定最优方案。

1.2基础设计：

⑴基础计算时，对于天然地基、复合地基采取合适的基床系数。可通过调整基础埋深、基础配筋面积确定合理的基础截面大小。

⑵筏板配筋计算时，一般考虑上部结构刚度和基床系数的合理选取。筏板配筋可采用通长钢筋加附加钢筋的形式。筏板挡土墙外侧上部非受力可采用φ12@150/200双向钢筋网。防水底板仅为构造时，最小可仅采取φ10@200的250厚的即可。且应根据工程实际情况区别对待。

⑶桩基础计算时：

a.研究柱底内力的取值，按规定的柱底内力组合进行设计。

b.关于桩承载力，应选择合适的桩径和桩长，采用后注浆技术，可较大幅度提高桩的承载力。后注浆提高系数应根据试桩结果或实际工程经验慎重选取。

c.采用变刚度调平设计方法。

d.考虑上部结构刚度，有条件时考虑桩、承台、桩间土的共同作用。

e.合理进行基础归并，归并系数太大可能会造成一定程度的浪费。

f.对于桩配筋率规范为浮动值，故取值时优化设计有影响。

⑷挡土墙配筋计算时，计算模型、水压力、土压力取值应准确，一般裂缝控制宽度可为0.3mm，室外堆载值可取5kN/㎡，配筋时可采用通长钢筋和附加钢筋相结合的配筋形式。挡土墙内拉筋直径可根据挡土墙厚度可取φ6、φ8。

2剪力墙结构上部设计部分

2.1方案阶段

(1)剪力墙的布置：

剪力墙布置的优劣直接关系到整个结构的经济指标，在设计中做好剪力墙的布置，应采取以下措施：强周边、弱中间；多均匀长墙、少短墙；多L形、多T形、十字形墙肢、少复杂形状；沿高度均匀变化；各墙肢轴压比接近。

多层剪力墙配筋可按抗震规范和技术措施。对于低烈度、低层数住宅楼在墙数量不变的情况下，尽量减短墙长。

(2)剪力墙布置数量的控制：

设计时控制其基本自振周期0.05n~0.08n（n为结构总层数）较为适宜。剪力墙结构的层间位移角限制为1/1000，设计时要尽可能的接近这一数值。

整体指标计算时，应区分对待是否考虑偏心影响及连梁刚度的折减。

(3)剪力墙截面厚度的确定

按《抗规》第6.4.1条确定剪力墙厚度，然后进行验算，看其是否满足轴压比及受剪承载力的要求；当设计减薄时，应按《高规》附录D的公式验算稳定性。

(4)梁板布置：

1)对于地下室的部分，因板厚多取160mm或180mm厚，尽可能的少加梁，板多为构造配筋。地上部分尽量减少户内次梁，例如卫生间等小板处，可采用局部升降板的做法。

2)楼板厚度一般按挠度、裂缝及板内设备穿管的最低要求取值，不必过厚，高层剪力墙结构中梁的经济跨度一般在3.0m~5.0m之间。若较小跨度（3.6m以下）的板上有隔墙或开有洞口时，墙位置或洞口边可不设置梁，在板内设置加强钢筋解决。

3)梁高根据板厚调整，如板厚100，梁高尽量做560，使腹板高度小于450，不设腰筋。

2.2施工图阶段

(1)剪力墙及墙柱配筋优化：

1)一般住宅剪力墙层高较小，墙身的分布钢筋直径选用Φ8即可满足规范要求。

2)对于一、二、三级剪力墙的底层，若轴压比较小时可做构造边缘构件。

3)剪力墙边缘构件可根据规范要求设置最小直径及根数。

(2)连梁配筋优化:

连梁配筋可仔细比对计算书适当细分楼层归并。

(3)楼板配筋优化：

住宅剪力墙双向板计算可按塑性算法，板内分布钢筋尽量采用构造配筋。

(4)梁配筋优化：

1)次梁上部配筋可按构造要求配筋即可，直径可采用Φ12；梁腰筋直径按构造时可用φ10;在满足规范要求的情况下，尽量选用直径小的贯通筋。

2)纯悬挑梁在非顶层钢筋内伸长度无需伸入悬挑长度的1.2倍，按11G101-1第89页构造即可。

挑梁底部配筋：挑梁长度≤0.8m时配筋可为2Φ10，

0.8m≤挑梁长度≤1.2m时配筋可为2Φ12，

挑梁长度≥1.2m时配筋可为2Φ14。

梁配筋楼层归并应细分，尤其是高烈度区。

(5)楼梯、大样配筋优化：

1)结合建筑立面，尽量减少混凝土部分配筋。窗台板可不采用梁的形式，挑板、女儿墙配筋要计算。受力钢筋的锚固长度取值应计算，不要随手配。

2)分布钢筋在满足分布筋配筋率的情况下尽量使用φ6，拉筋使用φ6。

3)对于建筑造型，应与建筑协商，确定最优可行方案，减少钢筋的使用。

3公建结构上部设计部分

3.1方案阶段

(1)对于有塔楼的综合体性质商业，裙房宜与主楼脱开，以降低商业的抗震等级，同时也避免主楼在体型收进方面的不利因素。

(2)要合理控制梁截面，满足经济配筋率。主梁宽度不超过300较经济。在两个主轴方向跨距相近时，能布十字梁不布井字梁；如两个主轴方向跨距相差较大时，宜布置单向次梁。

(3)对于隔墙布置较凌乱时，在合理的板跨范围内应尽量减少梁布置。

(4)梁的布置应尽量居中布置，尽量减少梁柱中心线不重合时偏心距的影响。当不可避免时，应根据偏心距的范围进行区分，这样可避免加腋过大，影响美观及造价。

(5在满足建筑要求的前提下，剪力墙应布置在外围，框架柱应避免转换，梁布置要做到传力直接。

3.2施工图阶段

(1)墙柱方面优化

墙柱截面及砼等级由下到上逐渐减小，分段变化。墙柱配筋结果宜直接取计算结果，合理归并。底部加强区轴压比不超规范要求时及地下室不需要设置约束构件的楼层，设置构造边缘构件。墙柱的箍筋配置逐个计算确定，箍筋间距取整即可。边缘构件纵筋间距不宜过密，可采用较大直径较大间距，拉筋间距不大于300mm，小墙肢内部均采用拉筋。角柱按单偏压计算，按双偏压验算。除角柱外，其余按单偏压计算柱配筋，不需要双偏压验算。

(2)梁配筋优化

根据计算结果，合理配置钢筋。合理归并楼层，每4~5自然层为一配筋层。梁的配筋结果宜直接取计算结果，合理归并。当柱刚度较大时梁端弯矩可考虑调幅减小弯矩。次梁宽度不宜过宽，控制箍筋肢数。箍筋配置根据计算值，箍筋间距取整即可。框梁箍筋加密区的间距按照规范要求，可采用100或150。管井处小次梁计算不需要时，不设附加箍筋。

(3)板配筋优化

楼板厚度一般按挠度、裂缝及板内设备穿管的最低要求取值，不必过厚。一般采用塑性算法，来减小配筋。根据计算结果配筋，钢筋间距取整即可。屋面板配筋采用8@200双层双向钢筋，不足处增设附加钢筋。可采用φ6。在满足规范要求的情况下，不要随意拉通钢筋。

结束语

随着经济的发展，人们对住房的质量要求也越来越高。建筑结构设计的安全度的提高不是简单的靠钢筋含量的提高而提高，应该由方案的优化设计首先做到方案合理，以概念设计来满足建筑的安全度及冗余度。优化设计不是一味的减少含钢量，而是从方案及关键受力部位安全储备提高，次要部位做到经济合理即可。