論工程結(jié)構(gòu)精化設(shè)計(jì)

白曉靜

【摘 要】本文探討了高層剪力墻結(jié)構(gòu)位移的調(diào)整方法以及精化設(shè)計(jì)對(duì)控制建筑物含鋼率的作用，供同行斧正。

【關(guān)鍵詞】高層；剪力墻；位移；設(shè)計(jì)；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(dān)任了咸陽市中華路北安村城中村改造設(shè)計(jì)任務(wù)的結(jié)構(gòu)專業(yè)負(fù)責(zé)人，并指導(dǎo)兩位助理工程師和工程師學(xué)生設(shè)計(jì)。小區(qū)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(qū)已共完成12棟32層總高度96m建筑的施工圖設(shè)計(jì)，已有3棟主體封頂，其余還在建設(shè)中，地下車庫部分已基本完工。

學(xué)界近期，對(duì)高層剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)熱議紛紛，尤其是工程的含鋼率，成了人們關(guān)注工程學(xué)術(shù)和造價(jià)問題的核心。從建筑力學(xué)方案，到建筑結(jié)構(gòu)程式控制含鋼率，宏觀上定性掌握，在確保結(jié)構(gòu)程式滿足力學(xué)方案要求的前提下，選取合理的建筑方案，合理的電算計(jì)算參數(shù)；微觀上定量控制，對(duì)各結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行精化設(shè)計(jì)，采用適度的構(gòu)造措施，做出安全合理又經(jīng)濟(jì)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(xiàng)指標(biāo)都存在間接或者直接的聯(lián)系，是結(jié)構(gòu)布置合理與否的真實(shí)反映；過剛或過柔的結(jié)構(gòu)都是不合理的，過剛的結(jié)構(gòu)，換言之就是結(jié)構(gòu)將吸收過多的地震力，用構(gòu)件來抗力，必然增加含鋼率。而過柔的結(jié)構(gòu)會(huì)影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，所以工程結(jié)構(gòu)合理性最高標(biāo)準(zhǔn)是建筑力學(xué)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(gè)單元，總長88m，各單元間設(shè)置沉降縫，各單元戶型相似，一梯三戶，呈倒品字形結(jié)構(gòu)。本工程地震烈度為8度，設(shè)計(jì)基本地震加速度值為 0.20g，特征周期0.41秒，設(shè)計(jì)地震分組為第一組，Ⅲ類場地，基本風(fēng)壓0.40 KN/m2，計(jì)算軟件采用2010版PKPM，計(jì)算參數(shù)周期折減系數(shù)為0.95（根據(jù)填充墻體數(shù)量不同取值范圍為0.9～1.0），連梁剛度折減系數(shù)為0.55（根據(jù)情況也可采用0.60），中梁剛度增大系數(shù)1.8（偏保守，南方此參數(shù)已采用1.5），梁端彎矩調(diào)幅系數(shù)0.85，梁設(shè)計(jì)彎矩增大系數(shù)1.0，梁扭矩折減系數(shù)0.40，活荷不利布置的層數(shù)從地下室～屋面均考慮，柱、墻活荷載及傳到基礎(chǔ)的活荷載均折減，偶然偏心與雙向地震力同時(shí)考慮。

（3）21#樓在倒品字形結(jié)構(gòu)的左上角開了一個(gè)轉(zhuǎn)角窗，這個(gè)窗戶的設(shè)置會(huì)導(dǎo)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(xiàn)，還有規(guī)范對(duì)構(gòu)造也有要求，樓板需加厚，鋼筋需要通長設(shè)置，轉(zhuǎn)角兩端剪力墻需設(shè)暗梁拉接。所以從經(jīng)濟(jì)角度考慮不建議設(shè)此類窗戶。

（4）墻、梁、板混凝土標(biāo)號(hào)的選取，由于施工單位現(xiàn)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(biāo)號(hào)不同，就會(huì)人為的制造薄弱層，使每層樓層板厚處墻、梁同板混凝土標(biāo)號(hào)相同，墻、梁混凝土標(biāo)號(hào)下降，因此設(shè)計(jì)時(shí)考慮每樓層混凝土標(biāo)號(hào)全部統(tǒng)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(shí)再增加墻厚，倒品字形結(jié)構(gòu)通長情況最南邊X向位移大，東、西兩頭Y向位移大，這時(shí)可將最南邊墻厚增加，此處通常情況下梁高無法增高，因?yàn)槟线呁ㄩL情況下均設(shè)有陽臺(tái)，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?yàn)檫@兩頭通長情況下無窗，即使有也是衛(wèi)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(qiáng)，根據(jù)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(diào)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(nèi)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中還要嚴(yán)格區(qū)分抗震墻的加強(qiáng)部位和非加強(qiáng)部位，對(duì)鋼筋用量而言是具有很大意義的，隨意擴(kuò)大抗震墻的加強(qiáng)部位肯定會(huì)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(nèi)力控制配筋而是構(gòu)造配筋，這樣其節(jié)點(diǎn)區(qū)主筋、箍筋以及墻段的水平分布筋的配筋率都可按規(guī)范規(guī)定的最小配筋率配置。本工程底部加強(qiáng)部位為基礎(chǔ)頂～六層，約束邊緣構(gòu)件為基礎(chǔ)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(guī)范規(guī)定垂直分布筋直徑不宜小于10，我們這個(gè)工程就將約束邊緣構(gòu)件層垂直分布筋直徑最小設(shè)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(shè)計(jì)是在確保結(jié)構(gòu)構(gòu)造安全穩(wěn)定，又能最大限度發(fā)揮鋼材的力學(xué)性能的前提下，筆者采取對(duì)大洞口周圍板厚加強(qiáng)，鋼筋雙層雙向通長布置，其余板厚按短跨1/40倍取值的設(shè)計(jì)方案，板面負(fù)筋僅設(shè)計(jì)在支座處；當(dāng)屋面板需要采用貫通面筋時(shí)，貫通筋的配筋通常不需也不宜超過規(guī)定的最小配筋率，支座不足時(shí)再配以短筋，這樣既符合規(guī)范規(guī)定又可降低建筑的含鋼率。

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

（8）21#樓結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，不含樁基，不含砌體內(nèi)插筋，含鋼量控制在了60Kg/m2左右，對(duì)8度，Ⅲ類場地做到這個(gè)含鋼量，應(yīng)該說是充分發(fā)揮了結(jié)構(gòu)材料的有效力學(xué)性能，經(jīng)過精化設(shè)計(jì)可節(jié)省3～5 Kg/m2鋼材。如果戶型再規(guī)整些，無轉(zhuǎn)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(qū)80萬平方米平均就可以節(jié)約鋼材4000噸，推而廣之，全國推廣從力學(xué)方案到具體施工圖精化設(shè)計(jì)，以一年計(jì)，對(duì)國家節(jié)能減排和節(jié)省工程投資的貢獻(xiàn)該多少啊。本文妥否，請(qǐng)讀者同行們不吝指教。endprint