建筑結構體系優化淺談

邱凱

【摘要】根據多年設計經驗，從結構體系的角度對結構優化作一個分析研究。

【關鍵詞】鋼筋混凝土結構優化、結構體系、結構模型及計算軟件、樓蓋水平受力構件、豎向受力構件、地基基礎

隨著建筑行業整體技術水平的提高及結構軟件普及應用，現在對結構設計提出了更高要求，既要滿足結構的功能要求，也要減少造價、節約成本，則概念設計及結構體系優化是擺在設計人員面前很現實的課題。

一、整體概念設計

要優化結構體系，首先需要進行概念設計，概念設計應是貫穿方案、初設、施工圖各個階段，特別在方案階段往往忽視這一個方面，其它設計專業對結構布置也不夠重視，也很少同結構人員進行溝通。作為結構專業本身來說，方案階段不是寫一段結構設計說明，替建筑專業布置了柱等豎向構件就完事，而應該從結構的規則性上去考慮建筑的平面及豎向布置，預先對結構的合理性作出判斷。

二、豎向受力構件

工程項目需要各不同專業協調合作，其它專業對結構體系有較大的影響，設計優化不能單獨考慮結構一個專業。比如圖一為某33層住宅結構標準層平面，結構體系為剪力墻結構，結構進行優化對比，優化前后的結構計算參數見表一。

圖一 某住宅標準層墻肢布置優化

該項目建筑專業要求主臥入口樓面不露梁，為不破壞立面造型，外立面也不能拉梁外露。由此引起結構出現異形板，部分墻肢布置加長加多且布置較困難，增加了相應成本，結構體系也達不到最優。

三、樓蓋水平受力構件

1. 對于地下車庫頂及相似的樓蓋體系，除了常用的主次梁板結構體系，也可采用空心樓蓋體系，或者采用大板加腋樓蓋體系，下面就以5×5跨且跨度均為8.1m的地下結構為例，恒載考慮1.5m覆土，活載按4.0KN/m2，抗震等級為三級。計算軟件采用YJK1.6.3進行計算。各樓蓋體系基本數據及材料用量對比見下表二。

三種樓蓋結構進行對比可知，空心樓蓋最優，其混凝土用量及鋼筋用量最少，還可減小車庫層高。其次大板加腋樓蓋較優，能減小車庫高度以方便管線布置。經濟性及適用性最差的為普通樓蓋。

在對比中還發現，使用高強鋼筋能節約材料。如地下車庫等樓面荷載較大，梁板跨度較大時，梁板縱筋采用高強鋼筋比如HRB500級更省。值得注意的是，由于現階段規范對撓度及裂縫有較高的要求，對于樓面荷載較小，梁板跨度較小的樓蓋采用高強鋼筋并不經濟。

2. 在底框砌體結構設計中，運用PKPM計算軟件對底框框架層托梁計算時，存在一個誤區，往往設計人員將底框托梁定義為轉換梁，柱定義為框支柱。在SATWE說明書中已明確指出轉換梁定義是針對部分框支剪力墻結構中托墻轉換梁（框支梁）和筒體結構的托柱轉換梁，轉換柱也一樣。另據抗規7.5.6條用7.5.8條，其底框柱仍為框架柱，其梁是托墻梁，且結構體系也不同。按此定義后就人為的加大其抗震措施和計算結果，對項目的經濟性產生較大的影響。

底框砌體結構框架層托墻梁縱筋配置，據底部框架-抗震墻砌體房屋抗震技術規程（JGJ248-2012）5.5.16條，其縱筋配置的抗震構造措施嚴于普通框架梁，弱于框支轉換梁，具體是頂部通長筋不少于2根18，且不小于底部筋的1/3，按此設計既能滿足設計規范要求，也能消除不必要的浪費。

四、地基基礎

在計算地下車庫基礎時，消防車活荷載是可以不考慮，這個對基礎影響較大，故我們在提取JCCAD最大豎向力標準值時，應扣除消防車活荷載。

五、結語

結構體系優化涉及范圍較廣，這里只對設計中遇到的一些問題作了分析，消除了某些設計誤區。對空心樓蓋、大板加腋樓蓋從經濟角度作了簡單分析，但對新工藝的運用能起到一定的指導作用。