建筑工程框剪結構設計措施分析

李強

（河北拓樸建筑設計有限公司山西分公司，山西太原 030000）

1 模擬工程概況

根據規劃設計，本工程用地面積為33751m2，總建筑面積為140623m2，規劃建筑10棟25層住宅和5棟商業建筑。住宅建筑高度為 80m，戶型面積為 73.0m2、89m2、98m2、99m2、109m2、115m2和128m2，規劃736戶，容積率2.8。根據建筑工程規劃設計，本項目以小戶型建筑為主，對室內設計精細化要求較高，部分結構設計存在露梁問題，占用室內空間，且影響居民裝修設計，因此，本單位結合工程原結構設計細部進行優化設計，提高室內結構設計合理性、科學性。

2 建筑工程框剪結構設計難點及應對措施

2.1 建筑工程框剪結構設計難點

①建筑工程框剪結構安全和成本問題。建筑工程框剪結構設計主要是在初步設計圖紙的基礎上進行優化，在不改變原結構體系的基礎上，優化室內框架梁、剪力墻等結構，解決局部露梁、空間布局不合理等問題。但在結構優化設計中，需要綜合考慮建筑工程框剪結構安全和成本控制等問題，防止不合理設計影響建筑工程框剪結構安全性；②對室內使用面積變化敏感。由于本項目主要以小戶型住宅為主，居民對室內使用面積變化較為敏感，要求結構優化設計方案以保持原使用面積或增加使用面積為導向，盡量避免結構優化設計對原使用面積的占用，給結構設計帶來一定的困難。

2.2 結構設計難點應對措施

針對上述問題，工程總承包單位經與業主及設計院溝通協調，明確了結構優化設計原則，并提出合理性應對方案：①結構安全和成本問題。本項目中，為保障建筑工程框剪結構安全，合理控制項目建設成本，結構優化設計主要以上部結構優化設計為主，盡量避免調整基礎結構。室內框架梁、剪力墻結構調整以微調為主，降低大幅度調整對本項目結構安全、造價成本造成的影響，確定細部設計方案后進行結構方案造價測算，對比設計優化前后造價情況，提高結構優化方案的經濟性、合理性；②以空間增加為導開展結構設計。結構優化設計時，為滿足業主、居民對建筑工程框剪結構布局優化和使用面積保持（或增加）的要求，工程總承包單位協調設計院提出多種結構優化設計方案，對比分析各方案設計優勢和使用面積變化情況，經對比后合理選擇結構優化設計方案，滿足業主、居民要求，提高業主項目建設收益和居民居住舒適性。

3 建筑工程中不同框架梁設計與優化

3.1 廚房框架梁設計

原結構設計中，廚房、煙井處為框架梁，露出高度為200mm，在廚房結構形成凸角，給居民安裝抽油煙機和櫥柜造成一定的困難，影響居民裝飾裝修效果。針對該問題，工程總承包單位提出了優化方案：①增設剪力墻。通過延長該部位隔墻，使其成為剪力墻結構，將框架梁設置外墻部位，在保障建筑工程框剪結構抗震性能的前提下，改善框架梁露梁問題；②框架梁微調。在不調整框架梁的前提下，將煙道由左下角轉移至左上角，框架梁下移200mm，按梁墻一體設計，使廚房梁、墻平齊，無露梁問題，并改善了露梁問題對抽油煙機安裝的影響。同時，去掉廚房與玄關處隔墻，使之成為開放型廚房，減少隔墻占用使用面積的情況，增強室內各功能分區的通暢性。調整廚房隔墻后，為進一步優化廚房布局，調整廚房與陽臺之間剪力墻位置，將陽臺橫向長度由2000mm調整為1500mm，增加廚房使用空間500mm（寬度），增加廚房使用面積0.2m2，整棟建筑增加室內面積9.6m2。經調整后，廚房、陽臺、玄關等方正無凸角。

綜合上述兩個方案，方案①中剪力墻在首層無法落地，需在首層增設剪力墻，影響原首層入戶門廳結構和樁基基礎結構，導致建筑造價上升，經測算，每棟建筑增加工程造價約2.5萬元。同時，由于原隔墻變為剪力墻結構，導致居民后期裝修裝飾施工受限；方案②中結構梁不需調整，通過框架梁偏位調整，解決了框架梁露梁問題，且增加了室內使用面積，室內布局更合理。經各方討論研究，采用方案②作為實施方案。

3.2 衛生間框架梁設計

原設計中，衛生間與廚房之間部位存在框架主梁，框架梁向衛生間內凸出形成凸角，馬桶位于凸角下，影響居民空間使用。為改善該問題，工程總承包單位提出結構優化方案：①剪力墻取代框架梁。通過以剪力墻結構取代框架梁，改善框架梁露梁問題，衛生間及廚房平面布置不變，但需要增加隔墻厚度并相應調整結構體系；②平面布置優化。在結構體系不變的情況下，將衛生間隔墻與臥室隔墻對齊，廚房空間增加后增加儲物功能。衛生間去掉采光窗，優化衛具布局，調換面盆及馬桶位置，在滿足衛生間器具功能使用要求的前提下，最大限度提高平面布局合理性。

在衛生間框架梁設計優化中，方案①結構體系變化造成混凝土、配筋用量增加，需同步調整樁基結構，調整幅度較大。同時，由于剪力墻結構體系變化造成隔墻厚度增加，壓縮了室內過道空間，導致室內使用空間減少；方案②中，原財股窗面狹小，尤其是在安裝完窗框后采光面積難以滿足采光量補充的作用，故可取消。將框架梁和隔墻位置調整后，框架梁凸角部位向廚房內凸出，梁下空間作為廚房儲物空間，拓展了廚房功能空間，且衛生間面積滿足最小2.5m2使用面積要求，符合結構優化設計要求，故該位置采用方案②。

3.3 框架柱調整優化

本工程商業建筑中，框剪角柱、邊柱向內形成凸角，影響商業建筑平面布置和通行安全，業主提出結構優化要求。經與業主溝通，在結構體系保持不變的情況下，保持一定截面的框剪角柱、邊柱有利于增強結構安全性和結構經濟性，過度減小柱截面將導致工程成本大幅增加，并影響建筑工程框剪結構抗震性能，因此，在原結構設計上以適當縮小邊柱、角柱凸出部位截面面積為主，通過增加型鋼、增強混凝土強度和改變柱截面尺寸實現框架柱結構優化，即不改變原結構體系前提下，仍采用框剪柱結構，保證框架二道防線作用，保證合理框架傾覆力矩占比，以滿足建筑工程框剪結構安全和抗震性能實現要求。以下提出兩個方案：①以型鋼柱取代框架柱。將原框架柱變更為型鋼柱，在保障結構抗震性能和承載力的基礎上，最大限度減小凸出柱體體積；②增強混凝土強度。在保留合理柱截面尺寸和柱剛度的情況下，通過提高框架柱混凝土強度和配筋，混凝土強度由C30提高為C40，配筋由1.0調整為1.2，可滿足原結構設計抗剪力和承載力性能要求。

方案①中，型鋼柱施工難度較大，且工程造價較高，施工質量控制難度較大，經測算，如將邊柱和角柱全部更換為型鋼柱，則單位造價增加2.64元/m2，不利于建筑工程造價控制，施工進度難以保障。采用方案②時，需對混凝土強度進行試配，并適當調整配筋密度，工程造價增加約0.2元/m2，遠小于方案①，且對施工進度影響較小，故采用方案②作為結構優化方案。

4 結束語

經測算分析，優化設計后，建筑抗震性能符合工程設計目標，工程造價整體變化幅度較小，使用面積保持不變或增加，未出現擠占室內面積的現象。結構布局更合理，室內空間得到充分利用，滿足業主對建筑工程框剪結構優化預期目標要求。