對(duì)徐聞縣君悅花園高層住宅結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的探索及建議

任勝

【摘要】對(duì)徐聞縣君悅花園高層住宅在施工圖出圖后在成本超預(yù)算的基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化，介紹了基礎(chǔ)部分、墻柱布置、鋼筋等級(jí)、梁板受力分析等優(yōu)化內(nèi)容。優(yōu)化設(shè)計(jì)后，結(jié)構(gòu)安全度不降低、剪力墻及柱具有更好的延性和抗震能力，且含鋼量降低。優(yōu)化后的結(jié)果不但改進(jìn)了設(shè)計(jì)，也節(jié)約了工程造價(jià)。

【關(guān)鍵詞】高層建筑;優(yōu)化設(shè)計(jì);彎矩調(diào)幅;實(shí)例

1、工程概況

君悅花園地下一層，地上25層，建筑高度（自室外地坪至屋面面層）H=81.2m。地下室高度4.30m，地面A、B、C棟1層架空層高3.90m，2～25層層高3.00m，D棟1層層高4.80m，2層層高4.50m，3層層高6.00m，4層層高3.20m，5～25層層高2.90m。

自然條件：徐聞50年重現(xiàn)期基本風(fēng)壓值Wa=0.75KN/m2，抗震設(shè)防烈度為8度，設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.29g，設(shè)計(jì)地震分組為第一組。雪荷載不考慮。

抗震等級(jí)：B棟C棟為抗震墻結(jié)構(gòu)體系（高度>80m）抗震等級(jí)為一級(jí);A棟為帶局部轉(zhuǎn)換層的剪力墻結(jié)構(gòu)體系（高度>80m），剪力墻抗震等級(jí)為一級(jí)，轉(zhuǎn)換層（部分）剪力墻一般部位為二級(jí)，加強(qiáng)部位為一級(jí)。框支層框架為一級(jí)，（注1、本例可不按框支梁考慮，可按托墻粱設(shè)計(jì)，柱仍應(yīng)按框支柱設(shè)計(jì)）。D棟為高位轉(zhuǎn)換剪力墻結(jié)構(gòu)體系（高度>80m），剪力墻一般部位為二級(jí)，加強(qiáng)部位為一級(jí)，框支層框架為一級(jí)，（注2、梁按托墻梁設(shè)計(jì)，柱按框支柱設(shè)計(jì)）。

擬建建筑物場(chǎng)地類別為Ⅱ類，場(chǎng)地土類型為堅(jiān)硬。

應(yīng)對(duì)含鋼量及混凝土量結(jié)構(gòu)優(yōu)化建議具體從以下幾點(diǎn)著手：

（1）是否將程序自動(dòng)配筋改為人工（手工）配筋，一般情況下人工（手工）配筋要比商業(yè)軟件節(jié)約鋼筋8%～15%。

（2）對(duì)擬建場(chǎng)地類別確定是否恰當(dāng)，因?yàn)閳?chǎng)地類別相差一類（如Ⅱ類場(chǎng)地與Ⅲ類場(chǎng)地），結(jié)構(gòu)水平內(nèi)力相差20%～30%。

（3）對(duì)梁、板跨中彎矩增加系數(shù)的取值是否合適？一般情況不增加（即增加系數(shù)取1）。

（4）風(fēng)荷載取值關(guān)注地面粗糙度的取值，分A、B、C、D、四類。各不同類取值風(fēng)壓高度變化系數(shù)可能差50%以上。

（5）對(duì)結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果的位移比、剛度比、層間受剪承載力之比、周期比、剛重比、剪重比、軸壓比等七大指標(biāo)控制是否恰到好處，《抗規(guī)》、《高規(guī)》、《砼規(guī)》、《地基規(guī)》、《樁基規(guī)》，等規(guī)范的優(yōu)惠“政策”是否用足。

（6）柱、墻的軸壓比是否考慮了鋼筋的貢獻(xiàn)。

（7）上機(jī)電算之前的荷截是否做到了精打細(xì)算。

（8）上部結(jié)構(gòu)的嵌固部位是否在地下室頂板。

2、基礎(chǔ)部分優(yōu)化

（1）根據(jù)《巖土工程勘察報(bào)告》揭示（鉆孔柱狀圖ZK8、ZK9、ZK22ZK24）有的樁端持有力層（④中風(fēng)化玄武巖）空間位置<6m。凡樁長(zhǎng)6m的按深基礎(chǔ)（墩）設(shè)計(jì)，承載力按《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》§5.2.4，公式（5.2.4）確定。（考慮修正）

（2）根據(jù)④層土的巖性又根據(jù)《樁規(guī)》JG94-2008，§3.3.3-6樁端入巖深度由原設(shè)計(jì)1m減小到0.2d且+0.2m且不小于0.2m即可。

（3）依據(jù)《樁規(guī)》JGJ94-2008，§4.1.1-1，樁身縱筋配筋率偏大，減小至0.2～0.25%。因樁身受拉應(yīng)力分布是上大下小，因此縱筋可截?cái)嘁话耄硪话胪ㄩL(zhǎng)。

（4）約有70根一柱一樁建議取消單樁承臺(tái)，改設(shè)暗承臺(tái)，樁柱直接聯(lián)系。有剪力墻或柱截面大于樁頂截面，樁頂無(wú)法包絡(luò)墻肢或柱底時(shí)，可設(shè)倒傘形牛腿，柱底N（縱向力）直接傳給樁，H（樁底彎矩）由地基梁平衡，此舉可考慮樁插筋的貢獻(xiàn)，比設(shè)單樁承臺(tái)節(jié)約。

（5）承臺(tái)厚度應(yīng)按沖切驗(yàn)算確定。核心筒下組合承臺(tái)厚度取1.5-1.6m之間（樁沖），組合承臺(tái)配筋率應(yīng)取0.15%即可。面筋以擋水板的板面筋代替。

（6）地下室底板按抗水板設(shè)計(jì)，按雙向板考慮（L短/50）取板厚250即可，按0.15%配筋，即 12@200（雙層雙向）;（注3有地面荷載的設(shè)備用房另外按塑性板計(jì)算，不考慮延性，地下水位很低，水池按彈性計(jì)算）

（7）地梁一般情況下按剛度取值，載面高度（h）取L20-L/15，寬度取L35-L25。（注4：L為柱距）。柱距分別為8.9m（x向）、9.5m（y向），載面取500X300（x向）、550X350。配筋按拉桿計(jì)算，拉力取柱底縱向力N×10%

圖紙為bXh=800X500，上下各5 25（配筋率0.65%），偏大。

3、地上部分優(yōu)化

（1）建議對(duì)純地下室（單層獨(dú)建式地下室）結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。

施工圖中地下室頂板厚度h=200mm，配 10@150雙層雙向，

率配筋u=0.33%，

柱截面hXb=600X600mm，

配縱筋4? ?20+8? ?18（As=32.88cm2）

配筋率μ=0.913%，

梁hXb=600X800mm，

面箍15? ?25，As=73.6cm2，

配筋率μ=1.6%

底筋12? ?25，As=58.875cm2，

配筋率μ=1.238%，指標(biāo)很大。只要對(duì)荷載精打細(xì)算，構(gòu)造合理，對(duì)梁、板、柱都有較大的優(yōu)化空間。

（2）對(duì)梁面通長(zhǎng)鋼筋用2? ?14與梁面負(fù)彎矩鋼筋駁接（一級(jí)抗震），不必用負(fù)筋通長(zhǎng)，以此達(dá)到節(jié)約鋼筋的目的。

（3）減小柱、墻截面，以優(yōu)化軸壓比入手，幾代規(guī)范特別是最新的《抗規(guī)》GB50011-2010第6.3.6條表6.36和《高規(guī)》JGJ3-2010第6.4.2第表6.4.2都將軸壓比定位在非強(qiáng)制條文上，用詞是“宜”，設(shè)計(jì)人應(yīng)該吃透條文的真實(shí)含義，千萬(wàn)不能將原本非強(qiáng)制性的條文作為“強(qiáng)制性條文”來(lái)生搬硬套。經(jīng)優(yōu)化后柱、墻截面可以減小12-18%。

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4.2建筑低碳設(shè)計(jì)

4.2.1圍護(hù)結(jié)構(gòu)

圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須要能夠滿足低碳理念的應(yīng)用原則，圍護(hù)結(jié)構(gòu)是指建筑的墻體，可以起到保溫隔熱作用。建筑墻體設(shè)計(jì)中首要考慮結(jié)構(gòu)的隔熱性能，避免室內(nèi)空氣流出或外部空氣進(jìn)入（關(guān)窗情況下）[3]。所以要采用優(yōu)良的保溫工藝、隔熱材料，同時(shí)做好內(nèi)外強(qiáng)設(shè)計(jì)工作。為了提高內(nèi)部空間利用率，設(shè)計(jì)中要以外保溫為主，采用節(jié)能環(huán)保墻體建材，發(fā)揮隔熱效益。在墻體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中還可以采用綠化設(shè)計(jì)方案，如外墻垂直綠化設(shè)計(jì)，可以讓攀附類植物覆蓋在墻體上，形成墻體綠化帶，可以進(jìn)一步加強(qiáng)夏季的隔熱作用，還可以起到小區(qū)綠化功能，調(diào)節(jié)建筑周邊的“小環(huán)境”，減少空調(diào)、加濕器等產(chǎn)品使用量。

4.2.2門窗

門窗是主要的空氣滲漏部位，門窗要比墻體更薄一些，更容易形成冷熱溫度傳導(dǎo)，再加上群眾更加細(xì)化落地大窗，加劇了需求性、審美性之間的矛盾。理論上縮小窗口面積可以更好的起到保溫隔熱作用，但與市場(chǎng)需求相矛盾，所以還要從加強(qiáng)門窗隔熱保溫性方面出發(fā)。為了減少能源損耗量，門窗盡可能選擇雙層真空塑鋼窗，這是由于塑鋼材料相比鋁合金材料熱導(dǎo)性差，可以減少室內(nèi)溫度流失量，雙層真空玻璃也是相同原理，能更好的起到保溫隔熱作用[4]。當(dāng)然，隨著建材生產(chǎn)工藝的發(fā)展，近些年我國(guó)還提出了惰性氣體雙層門窗（需要使用高密封材料）、鍍膜防輻射玻璃等。

4.2.3照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)

照明系統(tǒng)主要是公共照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)，新建工程都是采用聲光感應(yīng)照明系統(tǒng)，但受到人為因素、自然因素影響，如房間內(nèi)聲音過(guò)大可能會(huì)造成燈具長(zhǎng)期開(kāi)啟，所以要保證墻體、房門的隔音性，并采用節(jié)能LED燈具。同時(shí)，隨著太陽(yáng)能技術(shù)的成熟，可以在房屋頂部設(shè)置太陽(yáng)能電池組，專門負(fù)責(zé)公共場(chǎng)所燈具供電。光照系統(tǒng)負(fù)載小，當(dāng)今的太陽(yáng)能技術(shù)可以有效應(yīng)用。

結(jié)語(yǔ)：

綜上所述，低碳理念下，建筑設(shè)計(jì)必須要提高資源、能源利用率，減少環(huán)境污染問(wèn)題，最大程度上緩解工程建設(shè)與生態(tài)之間的矛盾。因此，在建筑設(shè)計(jì)中，要貫徹低碳理念，做好建筑群宏觀布局以及微觀掌控，這樣才能夠減少建筑碳排放，實(shí)現(xiàn)綠色建筑的生產(chǎn)目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)：

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