論工程結構精化設計

白曉靜

【摘 要】本文探討了高層剪力墻結構位移的調整方法以及精化設計對控制建筑物含鋼率的作用，供同行斧正。

【關鍵詞】高層；剪力墻；位移；設計；含鋼率

On the refined design of engineering structures

Bai Xiao-jing

（Architectural Design and Research Co.， Ltd. Shaanxi dawn Xi'an Shaanxi 710000）

【Abstract】This paper discusses the rise shear wall structure displacement adjustment method and refined design of the control role in building steel ratio for peer treatise.

【Key words】Top；Wall；Displacement；Design；Steel ratio

1. 前言

2011年筆者有幸擔任了咸陽市中華路北安村城中村改造設計任務的結構專業負責人，并指導兩位助理工程師和工程師學生設計。小區總建筑面積近80萬平方米，地上建筑近73萬平方米，地下建筑（車庫）7萬平方米。該小區已共完成12棟32層總高度96m建筑的施工圖設計，已有3棟主體封頂，其余還在建設中，地下車庫部分已基本完工。

學界近期，對高層剪力墻結構設計熱議紛紛，尤其是工程的含鋼率，成了人們關注工程學術和造價問題的核心。從建筑力學方案，到建筑結構程式控制含鋼率，宏觀上定性掌握，在確保結構程式滿足力學方案要求的前提下，選取合理的建筑方案，合理的電算計算參數；微觀上定量控制，對各結構構件進行精化設計，采用適度的構造措施，做出安全合理又經濟美觀的建筑。

2. 以21#樓為例

（1）軸壓比、剪重比、剛度比、位移比、周期比和剛重比，各項指標都存在間接或者直接的聯系，是結構布置合理與否的真實反映；過剛或過柔的結構都是不合理的，過剛的結構，換言之就是結構將吸收過多的地震力，用構件來抗力，必然增加含鋼率。而過柔的結構會影響結構穩定性，所以工程結構合理性最高標準是建筑力學平衡，恰到好處。

（2）為貫徹這些原則，以21#樓為例，總建筑面積45405.21m2，總高96.900m，地下一層，層高4.8m，地上32層，一層層高3.8m，以上層高均為3.0m。每層3個單元，總長88m，各單元間設置沉降縫，各單元戶型相似，一梯三戶，呈倒品字形結構。本工程地震烈度為8度，設計基本地震加速度值為 0.20g，特征周期0.41秒，設計地震分組為第一組，Ⅲ類場地，基本風壓0.40 KN/m2，計算軟件采用2010版PKPM，計算參數周期折減系數為0.95（根據填充墻體數量不同取值范圍為0.9～1.0），連梁剛度折減系數為0.55（根據情況也可采用0.60），中梁剛度增大系數1.8（偏保守，南方此參數已采用1.5），梁端彎矩調幅系數0.85，梁設計彎矩增大系數1.0，梁扭矩折減系數0.40，活荷不利布置的層數從地下室～屋面均考慮，柱、墻活荷載及傳到基礎的活荷載均折減，偶然偏心與雙向地震力同時考慮。

（3）21#樓在倒品字形結構的左上角開了一個轉角窗，這個窗戶的設置會導致整體含鋼量增加，首先此處位移量大，墻厚、梁高都要為位移做出貢獻，還有規范對構造也有要求，樓板需加厚，鋼筋需要通長設置，轉角兩端剪力墻需設暗梁拉接。所以從經濟角度考慮不建議設此類窗戶。

（4）墻、梁、板混凝土標號的選取，由于施工單位現均采用大模施工，為了簡便工藝，便于施工，每次支模均將模板支在每層樓板下方，這樣，如果墻、梁與板混凝土標號不同，就會人為的制造薄弱層，使每層樓層板厚處墻、梁同板混凝土標號相同，墻、梁混凝土標號下降，因此設計時考慮每樓層混凝土標號全部統一，提高安全性。地下一層及一層為C45，二層～十一層為C40，十二層～屋面為C30。在剪力墻墻厚的選擇上，主要采用200mm厚的剪力墻，局部軸壓比超限、墻體配筋超限處，或位移不滿足要求時再增加墻厚，倒品字形結構通長情況最南邊X向位移大，東、西兩頭Y向位移大，這時可將最南邊墻厚增加，此處通常情況下梁高無法增高，因為南邊通長情況下均設有陽臺，梁增高后也無法上翻，所以此法不可用；東、西兩頭Y向位移偏大，可將剪力墻Y向做通，或者將開洞處的梁做高，因為這兩頭通長情況下無窗，即使有也是衛生間高窗，所以增高梁的方法可用，還有就是將倒品字形東西頭的下部X向做強，根據戶型情況增加墻厚或者加高梁，這幾種方法都可將Y向位移調整好，見圖1、圖2。

（5）一層～屋面墻厚基本上是200mm厚，局部為250mm，極少處也有300、400厚的墻，通常為剪力墻極少、極短處或者在位移最不利處（最南邊、東邊、西邊），地下室墻體內墻大部分為250mm，局部有厚的地方為上部落下的墻體，外墻均為300厚的擋土墻。在結構設計中還要嚴格區分抗震墻的加強部位和非加強部位，對鋼筋用量而言是具有很大意義的，隨意擴大抗震墻的加強部位肯定會增加用鋼量。抗震墻如能合理地布置、截面合理取值，其配筋多半不是內力控制配筋而是構造配筋，這樣其節點區主筋、箍筋以及墻段的水平分布筋的配筋率都可按規范規定的最小配筋率配置。本工程底部加強部位為基礎頂～六層，約束邊緣構件為基礎頂～七層，墻體配筋七層以上200厚墻為8@200， 250厚墻為8@150， 300厚墻為10@200， 400厚墻為10@150，七層以下（含七層）最小鋼筋采用10@200，規范規定垂直分布筋直徑不宜小于10，我們這個工程就將約束邊緣構件層垂直分布筋直徑最小設置為10，以上還采用8鋼筋，以減少含鋼量。

（6）樓層板、屋面板的設計是在確保結構構造安全穩定，又能最大限度發揮鋼材的力學性能的前提下，筆者采取對大洞口周圍板厚加強，鋼筋雙層雙向通長布置，其余板厚按短跨1/40倍取值的設計方案，板面負筋僅設計在支座處；當屋面板需要采用貫通面筋時，貫通筋的配筋通常不需也不宜超過規定的最小配筋率，支座不足時再配以短筋，這樣既符合規范規定又可降低建筑的含鋼率。

（7）按照理論來說，構件的配筋按照規范要求的最小配筋率來配置鋼筋是最經濟的，然而由于各種條件限制，對于不同類型的構件是難以都實現的。故各構件經濟的配筋率如下：板配筋率控制0.25～0.5%；梁構件配筋率控制0.5～1.2%；柱、剪力墻屬受壓或偏心受壓構件，其配筋一般由構造控制，在滿足最小配筋率基礎上，適當提高配筋率即可；基礎等以沖切、抗剪控制的混凝土構件，滿足受力及最小配筋率即可。就構造鋼筋而言，選用HRB400級鋼筋可大大降低最小配筋率，尤其在樓板配筋中體現的更加充分。對于剪力墻、柱、粱等構件選用HRB400級鋼筋，可以充分利用其高強度，可以大大降低鋼筋耗鋼量，對鋼筋加工、綁扎、施工周期都有很大的益處。推廣使用HRB400級鋼筋并不是浪費，而是充分利用鋼筋的高強度，降低鋼筋含量，節省成本的一種舉措。故建議結構設計過程中多采用HRB400鋼筋，可大大降低結構的含鋼率。

（8）21#樓結構設計，不含樁基，不含砌體內插筋，含鋼量控制在了60Kg/m2左右，對8度，Ⅲ類場地做到這個含鋼量，應該說是充分發揮了結構材料的有效力學性能，經過精化設計可節省3～5 Kg/m2鋼材。如果戶型再規整些，無轉角窗，8度，Ⅱ類場地，相信每平米再減少2～5Kg還是可以做到的。試想，僅咸陽市中華路北安村小區80萬平方米平均就可以節約鋼材4000噸，推而廣之，全國推廣從力學方案到具體施工圖精化設計，以一年計，對國家節能減排和節省工程投資的貢獻該多少啊。本文妥否，請讀者同行們不吝指教。endprint