建筑結構設計中結構方案與基礎設計的優化探析

黃 忠

（中信建筑設計研究總院有限公司， 湖北 武漢 430010）

0 引言

我國城市化進程不斷加快，使得建筑業進入快速發展時期，房地產行業成為國民經濟的重要支柱產業。房屋建筑的質量安全、經濟指標直接關系到房地產行業的命脈，優化建筑結構設計顯得尤為重要。

本文結合以往實際工程，從結構方案及基礎設計兩方面重點探析混凝土結構的優化設計。

1 結構方案的優化

（1）結構布置應盡量減少庸余的構件，減少多余的柱、剪力墻、次梁等等。柱網中軸壓比超小的墻、柱，能抽則抽；在建筑戶型中超小及小分割的墻下次梁盡可能不設置。柱網大，則樓蓋用鋼量大，柱網小，則柱用鋼量大，住宅中的小開間結構中墻柱不能得到充分發揮，過多的墻柱還會導致較大的地震作用，這時考慮實際情況采用加大開間的結構體系，將墻柱布置在分戶、廚衛等不影響裝修觀感的部位，既節約造價，又便于建筑靈活布置。地下室的柱網，討論很多，歸于造價和使用功能，大開間，小進深是最經濟的。例如 8x(8+8)的柱網改成8x(4.7+4.7+6.6)。這樣因小柱網梁高的減小而使設備的走線更自如，梁板配筋減小，其收益幅度遠大于因柱鋼筋量增加的幅度，層高相應減少，意味著基坑深度的減少，經濟效益相當可觀。

（2）結構設計師在建筑早期方案階段積極參與，爭取到有利的結構方案，同時給建筑設計師多灌輸結構觀念，以利于專業間的團結協作。對建筑方案提出合理的建議，使結構的復雜程度、不規則度控制在合理范圍，避免超限，降低造價。初步設計階段，對結構體系、基礎形式等內容進行多方案經濟性比較；在結構模型計算過程中，精確統計荷載，細致調整模型；在施工圖階段精細配筋，不隨意放大配筋參數；方案比較時，應綜合考慮材料費、人工費、基礎費用、施工工期等因素，與甲方協商選用合適的方案。

（3）剪力墻的布置宜規則、均勻、對稱，以控制結構扭轉變形。在滿足規范和計算的前提下盡量減少墻的數量，剪力墻的布置應使梁的跨度在 5-6米左右，在剛度不夠的情況下，應盡量加長墻肢而不是加厚墻肢。當軸壓比不夠時，應提高混凝土強度等級而不是調整墻肢。限制墻肢長度，控制連梁剛度，剪力墻盡量落地，不做或少做框支轉換層。平面能布置成大開間的盡量布置成大開間，墻體厚度滿足構造要求和軸壓比要求，連梁剛度太大時，可通過梁中開水平縫形成雙連梁、增大跨高比等措施降低連梁剛度。 框架結構剛度較弱時，加大柱尺寸或梁高（這兩個變化，更傾向于加大柱尺寸）都可顯著增大層剛度，提高混凝土強度無效果?？蚣苤牟贾脩沽旱目缍仍?8-9米左右，盡量做小柱截面，提高建筑使用空間。當軸壓比不夠時，應提高混凝土強度等級而不是調整柱截面。 盡量按正常截面設置梁，少做寬扁梁,特別是350寬的梁謹慎使用，能300就300，減少箍筋肢數。

（4）盡量避免平面不規則或樓板開大洞，控制平面長寬比，合理設縫，使結構整體的剛心與質心盡量接近。豎向應避免過大的外挑或內收，盡量減少薄弱層、轉換層，使側向剛度和抗剪承載力沿高度均勻平緩變化。

2 建筑結構設計中基礎結構的類型

獨立基礎。由于獨立基礎相比于其他的基礎而言具有施工方便、費用低且受力明確等優點，所以在建筑工程建設中屬于比較常見的一種。當建筑物的上部結構采用的是單層排架結構或者是框架結構作為承重其最為常見的形式有坡型、階梯和杯口基礎。

條形基礎。條形基礎在實際工程項目中運用并不是特別廣泛，其主要運用在排架結構或者是柱距較小的框架結構，并成十字交叉或者是單向設置并受承于柱子傳下的集中荷載，基底的反力分別受上部剛度和基礎的影響。

樁基礎。建筑工程基礎結構施工的過程中樁基礎是現階段比較常用的一種基礎，在對此設計的過程中應該注重后續實施操作的一些基本規范和流程并促使樁的設計能夠在工程項目中發揮出其應有的作用。在實際工程項目中還需要把握好成樁區域以及具體樁身的大小從而充分確保樁可以符合建筑工程項目基礎結構設計所需，并使其在結構的穩定性上發揮出應有的效果。

3 基礎設計的優化

（1）樁基礎方面，樁基選型、布置應合理化。砂層優選管樁（空心方樁）、層數高的選用鉆孔樁；樁的直徑應和房屋層數、重量相匹配。為減小底板抗浮配筋，可將承臺下樁距適當放大或另將柱帽（承臺）增大以達到增大支座減小抗浮板的跨度。預應力管樁及空心方樁的接頭不宜超過3個（抗拔樁、錘擊沉樁），不應超過4個（靜壓沉樁抗壓樁），注意相鄰樁的高差按1/10樁長?。汇@孔樁配筋率宜按最小配筋率設置鋼筋，0.2%～0.4%是抗壓，0.4%～0.65%是受彎及抗震設防時。注意混凝土標號計算時武漢地方規定樁身鋼筋不得參與貢獻；另據《武漢市深厚軟土區域市政與建筑工程地面沉降防控技術導則》重點防控區（8米軟土、填土及軟粘土互層）的灌注樁上部縱向配筋率不小于0.5%，下部不小于0.25%，此類承臺無論樁數多少（不能一柱一樁）宜設置連系梁（可設置暗梁于底板）；承臺的選用宜多設聯合承臺，小筏板，充分利用單樁承載力，且加強了樁基的穩定性。承臺條形樁外邊緣至承臺邊不小于75；板式承臺樁邊緣至承臺邊一般為0.5倍樁徑，不是硬性要求，不得小于150才是，樁偏位后如果滿足150，且驗算沖切滿足的條件下，不必擴大承臺增加造價。承臺配筋直錨長度大于35d或35d+0.1D（圓樁）不必彎折。

（2）天然基礎方面，抗浮技術措施中的錨桿，也可選擇分散布置在底板上，減小底板的受力跨度。獨立基礎底板（條形基礎）大于2500時除外側鋼筋外，底板配筋長度可以取相應方向的0.9倍長度交錯布置，可以在圖紙中明確以利于節省鋼筋。柱下條形基礎基礎梁因剛度遠大于支撐的框架柱，不考慮抗震的延性要求。筏形基礎配筋時注意通長鋼筋采用最小配筋率+計算部位的附加配筋，注意筏基受力鋼筋間距宜大于150。另據《全國民用建筑工程設計技術措施》（地基與基礎）5.6.4不論筏板多厚，都不需要在板厚的中面增設水平構造鋼筋。為減少外墻錨入底板所增加的錨固區橫向鋼筋，宜將錨入底板部分的鋼筋保護層增大大于5d，（外墻配筋28及以下為150,配32時160）即底板宜挑出外墻面100或110，當然這個需要和模板、混凝土量、開挖量綜合比較。底板和外墻剛度差別不多時，外墻外側鋼筋遠大于底板底筋時，注意將外墻鋼筋彎入板內一定的錨固長度。

（3）基礎埋置深度的確定：高規的條文中天然及復合地基“可取”1/15;樁基“可取”1/18,并不是限值，設計人慣性思維當成了“不應”，在《全國民用建筑工程設計技術措施》（地基與基礎）第5.1.4中有詳細描述，還可以1/18,1/20。注意，也是“可取”，硬性規定埋置深度與高度掛鉤沒有這個必要。

4 結論

結構優化設計是在保證結構安全、滿足國家規范要求的前提下，通過優化結構布置，科學分析結構模型、適度采取構造措施，充分發揮結構性能的設計方法。結構方案及基礎設計是建筑結構設計中至關重要的環節，也是結構優化設計的重點。