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摘要：不更改結構體系，只是在同一結構體系下更精細化的計算分析也是一種結構優化，這種優化是一種層次比較低的優化，一般而言，在設計單位設計失誤的情況下才能節約較多的工程造價，否則節約有限，這種優化減少的是結構富余安全度。下面簡單論述下結構的精細化計算和設計。...

淺談建筑結構優化（下）

黃鵬飛  張銀萍

中聯西北工程設計研究院 710082

一、結構模型計算中注意事項

    1.荷載取值不要擴大，不能層層加碼。

    2.選取合理的設計參數，不要隨意修改。如剪力墻結構中砼的容重，考慮抹灰后27已足夠，無需再加大。

    3.察看梁的計算結果信息。梁的計算結果查看如下內容：縱筋的超筋情況，配箍超筋情況，雖未超筋，但實際是否可配，梁縱向鋼筋要放幾排，每排根數，此兩項是梁尺寸、砼強度等級調整的依據，見《抗規》GB50011-2001第6.3.3-6.3.7條。另外需注意的是梁平面平法施工圖中調整鋼筋是要逐個梁進行，以確定梁的跨數和實際支座情況，出圖后要對梁的編號后綴都須核實更改。

    4.第3條主要是對框架梁結構的模型修改和結構計算過程中需運用的技巧和方法。對于其他結構和構件，同理可以按上面的思路進行模型修改和調整。

二、結構構造

    細部設計與構造要合理經濟：

    1.地下室底板設計：板類受彎構件的最小配筋率，已由老的《混凝土結構設計規范》的0.2%改為0.15%。新《混規》8.5.1條注2，板類受彎構件（不包括懸臂板）的受拉鋼筋，當采用強度等級400MPa、500MPa的鋼筋時，其最小配筋率應允許采用0.15和45ft/fy中的較大值。《地基》8.2.1第3條，擴展基礎受力鋼筋最小配筋率不應小于0.15%；《地基》8.4.15條，梁板式筏基的底板和基礎梁的配筋除滿足計算要求外，縱橫方向的底部鋼筋尚應有1/2-1/3貫通全跨，頂部鋼筋按計算配筋全部連通，底板上下貫通鋼筋的配筋率不應小于0.15%。

    2.基礎梁的設計：基礎梁并無延性要求，其縱筋伸入支座錨固長度，箍筋間距、箍筋肢距、彎鉤等皆應按照非抗震構件的構造要求進行設計。基礎梁兩側的構造鋼筋，由于基礎梁的截面面積都很大，無需滿足《混規》中配筋率0.1%的要求。腰筋直徑可取12~16mm，間距可取200~300mm，并延梁腹板高度均勻配置。

    3.裂縫的設計:我國《混規》裂縫計算公式，是由單向受彎構件的試驗研究得出的，對于雙向受彎構件是不適用的。1 《北京地區建筑地基基礎勘察設計規范》（DBJ11-501-2009）中 8.1.13條，當地下室外墻如果有建筑防水時，外墻裂縫寬度可以取0.4mm。2 《建筑結構專業技術措施》（北京市建筑設計研究院編（2006年版），3.8.17條，基礎結構構件（包括筏形基礎的梁、板構件，條形基礎的梁等）可不驗算其裂縫寬度。但注意：當地下水具有強腐蝕性時就需要計算控制裂縫

    4.有覆土時地下室頂框架梁的設計：pkpm能自動計算裂縫寬度，裂縫計算參數有兩個，“允許裂縫限值”和“是否考慮支座寬度對裂縫的影響”，應該勾選參數“考慮支座寬度對裂縫的影響”，程序在計算支座處裂縫時會對支座彎矩進行折減，公式如下Msup=Mmax-min(0.3Mmax,VB/3)。由于軟件計算時不考慮柱截面尺寸，而計算支座裂縫需要的是柱邊緣的彎矩，所以進行以上折減。如果計算軟件考慮了節點剛域的影響，則計算時不宜再考慮此項折減。需要注意的是，通過增大配筋面積減小裂縫寬度是比較沒有效率的做法，通常鋼筋面積增大很多裂縫才能下降一點。其他方法，如增大梁高或增大保護層厚度則可以比較迅速的減小裂縫寬度。因此，對比較關心鋼筋用量的工程，不應該完全依賴程序自動增加鋼筋的方法減小裂縫，應該盡量通過合理的截面設計使裂縫滿足限值要求。

    5.剪力墻的設計： 構造配筋水平筋直徑可采用¢8, 豎向筋直徑可采用¢8和¢10間隔設置；剪力墻的軸壓比不大于0.3時，可不設置約束邊緣構件；約束邊緣構件的體積配箍特征值跟剪力墻的軸壓比是相關的，見《抗規》表6.4.5-3；剪力墻的水平分布筋可計入約束邊緣的體積配箍率，但不應大于30%，詳見《抗規》6.4.

    6.梁的設計：采用300寬框架梁，我們常做的二、三級框架，在梁寬大于300時，框架梁箍筋需要四肢，這樣帶來的鋼筋增量就比較大，因此可以多考慮300梁寬；當框架梁跨度大于8m時，應控制梁底裂縫配筋，可不控制支座裂縫配筋；懸挑梁底筋，Satwe計算結果不合理。《混規》第9.2.13條   當梁的腹板高度hw≥450mm時，在梁的兩個側面應沿高度配置縱向構造鋼筋，針對此條，在梁鋼筋差異不大的情況下，可將梁腹板高度設計為hw<450mm，以減少構造腰筋。

    7.非結構構件的設計：非結構構件未采用《抗規》13.2的計算方法，直接拍腦袋設計，得到的結果要么浪費，要么配筋量不足

三、優化案例

    1.在“格蘭春天”住宅小區  7#樓的設計中， 500厚板的梁筏基礎中，配筋采用通長14@150與局部加強相結合的辦法，比配筋采用通長16@150與局部加強相結合的辦法節省了不少鋼筋。

    2.梁寬300，梁高600，軸線跨度7.7ｍ，上下主筋各配4��20和4��22，箍筋采用Φ8@100(4)，見圖2-1。

    本例中的問題是滿足剪力和最小配箍率(不小于0.24ft/fyv)。以后，加密區以外的箍筋能否改成Φ8@200(2)或者Φ6@200(2)。

    根據鋼筋混凝土規范，當梁寬不大于400ｍｍ，一層內受壓鋼筋多于4根時，才應設置復合箍筋，本例顯然可以不設復合箍筋。

    箍筋最大間距規范規定；Ｖ>0.7ｆｔｂｈ0+0.05Nｐ0,500<ｈ≤800,箍筋最大間距250mm,15d(主筋最小直徑)=15*20=300mm。

    所以本例加密區以外的箍筋完全可以優化為Φ8@200(2)，變4肢為2肢，節省箍筋鋼材約36%，見圖2-2。

上部結構每平方米的含鋼量標準

參考文獻：

1.《高層建筑含鋼量控制方法》(萬科)

2.《北京地區建筑地基基礎勘察設計規范》（DBJ11-501-2009）

3.《建筑結構專業技術措施》（北京市建筑設計研究院編（2006年版）

4.《砼規》GB50010-2010

5.《建筑抗震設計規范》GB50011-2010

(本文來源：陜西省土木建筑學會  文徑網絡：文徑 尹維維 編輯  劉真 審核)

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