黃 忠

（中信建筑設(shè)計(jì)研究總院有限公司， 湖北 武漢 430010）

0 引言

我國(guó)城市化進(jìn)程不斷加快，使得建筑業(yè)進(jìn)入快速發(fā)展時(shí)期，房地產(chǎn)行業(yè)成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要支柱產(chǎn)業(yè)。房屋建筑的質(zhì)量安全、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)直接關(guān)系到房地產(chǎn)行業(yè)的命脈，優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)顯得尤為重要。

本文結(jié)合以往實(shí)際工程，從結(jié)構(gòu)方案及基礎(chǔ)設(shè)計(jì)兩方面重點(diǎn)探析混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

1 結(jié)構(gòu)方案的優(yōu)化

（1）結(jié)構(gòu)布置應(yīng)盡量減少庸余的構(gòu)件，減少多余的柱、剪力墻、次梁等等。柱網(wǎng)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(shè)置。柱網(wǎng)大，則樓蓋用鋼量大，柱網(wǎng)小，則柱用鋼量大，住宅中的小開間結(jié)構(gòu)中墻柱不能得到充分發(fā)揮，過(guò)多的墻柱還會(huì)導(dǎo)致較大的地震作用，這時(shí)考慮實(shí)際情況采用加大開間的結(jié)構(gòu)體系，將墻柱布置在分戶、廚衛(wèi)等不影響裝修觀感的部位，既節(jié)約造價(jià)，又便于建筑靈活布置。地下室的柱網(wǎng)，討論很多，歸于造價(jià)和使用功能，大開間，小進(jìn)深是最經(jīng)濟(jì)的。例如 8x(8+8)的柱網(wǎng)改成8x(4.7+4.7+6.6)。這樣因小柱網(wǎng)梁高的減小而使設(shè)備的走線更自如，梁板配筋減小，其收益幅度遠(yuǎn)大于因柱鋼筋量增加的幅度，層高相應(yīng)減少，意味著基坑深度的減少，經(jīng)濟(jì)效益相當(dāng)可觀。

（2）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師在建筑早期方案階段積極參與，爭(zhēng)取到有利的結(jié)構(gòu)方案，同時(shí)給建筑設(shè)計(jì)師多灌輸結(jié)構(gòu)觀念，以利于專業(yè)間的團(tuán)結(jié)協(xié)作。對(duì)建筑方案提出合理的建議，使結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度、不規(guī)則度控制在合理范圍，避免超限，降低造價(jià)。初步設(shè)計(jì)階段，對(duì)結(jié)構(gòu)體系、基礎(chǔ)形式等內(nèi)容進(jìn)行多方案經(jīng)濟(jì)性比較；在結(jié)構(gòu)模型計(jì)算過(guò)程中，精確統(tǒng)計(jì)荷載，細(xì)致調(diào)整模型；在施工圖階段精細(xì)配筋，不隨意放大配筋參數(shù)；方案比較時(shí)，應(yīng)綜合考慮材料費(fèi)、人工費(fèi)、基礎(chǔ)費(fèi)用、施工工期等因素，與甲方協(xié)商選用合適的方案。

（3）剪力墻的布置宜規(guī)則、均勻、對(duì)稱，以控制結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)變形。在滿足規(guī)范和計(jì)算的前提下盡量減少墻的數(shù)量，剪力墻的布置應(yīng)使梁的跨度在 5-6米左右，在剛度不夠的情況下，應(yīng)盡量加長(zhǎng)墻肢而不是加厚墻肢。當(dāng)軸壓比不夠時(shí)，應(yīng)提高混凝土強(qiáng)度等級(jí)而不是調(diào)整墻肢。限制墻肢長(zhǎng)度，控制連梁剛度，剪力墻盡量落地，不做或少做框支轉(zhuǎn)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(gòu)造要求和軸壓比要求，連梁剛度太大時(shí)，可通過(guò)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(jié)構(gòu)剛度較弱時(shí)，加大柱尺寸或梁高（這兩個(gè)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(qiáng)度無(wú)效果。框架柱的布置應(yīng)使梁的跨度在 8-9米左右，盡量做小柱截面，提高建筑使用空間。當(dāng)軸壓比不夠時(shí)，應(yīng)提高混凝土強(qiáng)度等級(jí)而不是調(diào)整柱截面。 盡量按正常截面設(shè)置梁，少做寬扁梁,特別是350寬的梁謹(jǐn)慎使用，能300就300，減少箍筋肢數(shù)。

（4）盡量避免平面不規(guī)則或樓板開大洞，控制平面長(zhǎng)寬比，合理設(shè)縫，使結(jié)構(gòu)整體的剛心與質(zhì)心盡量接近。豎向應(yīng)避免過(guò)大的外挑或內(nèi)收，盡量減少薄弱層、轉(zhuǎn)換層，使側(cè)向剛度和抗剪承載力沿高度均勻平緩變化。

2 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的類型

獨(dú)立基礎(chǔ)。由于獨(dú)立基礎(chǔ)相比于其他的基礎(chǔ)而言具有施工方便、費(fèi)用低且受力明確等優(yōu)點(diǎn)，所以在建筑工程建設(shè)中屬于比較常見的一種。當(dāng)建筑物的上部結(jié)構(gòu)采用的是單層排架結(jié)構(gòu)或者是框架結(jié)構(gòu)作為承重其最為常見的形式有坡型、階梯和杯口基礎(chǔ)。

條形基礎(chǔ)。條形基礎(chǔ)在實(shí)際工程項(xiàng)目中運(yùn)用并不是特別廣泛，其主要運(yùn)用在排架結(jié)構(gòu)或者是柱距較小的框架結(jié)構(gòu)，并成十字交叉或者是單向設(shè)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(chǔ)的影響。

樁基礎(chǔ)。建筑工程基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)施工的過(guò)程中樁基礎(chǔ)是現(xiàn)階段比較常用的一種基礎(chǔ)，在對(duì)此設(shè)計(jì)的過(guò)程中應(yīng)該注重后續(xù)實(shí)施操作的一些基本規(guī)范和流程并促使樁的設(shè)計(jì)能夠在工程項(xiàng)目中發(fā)揮出其應(yīng)有的作用。在實(shí)際工程項(xiàng)目中還需要把握好成樁區(qū)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(xiàng)目基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所需，并使其在結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性上發(fā)揮出應(yīng)有的效果。

3 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的優(yōu)化

（1）樁基礎(chǔ)方面，樁基選型、布置應(yīng)合理化。砂層優(yōu)選管樁（空心方樁）、層數(shù)高的選用鉆孔樁；樁的直徑應(yīng)和房屋層數(shù)、重量相匹配。為減小底板抗浮配筋，可將承臺(tái)下樁距適當(dāng)放大或另將柱帽（承臺(tái)）增大以達(dá)到增大支座減小抗浮板的跨度。預(yù)應(yīng)力管樁及空心方樁的接頭不宜超過(guò)3個(gè)（抗拔樁、錘擊沉樁），不應(yīng)超過(guò)4個(gè)（靜壓沉樁抗壓樁），注意相鄰樁的高差按1/10樁長(zhǎng)??；鉆孔樁配筋率宜按最小配筋率設(shè)置鋼筋，0.2%～0.4%是抗壓，0.4%～0.65%是受彎及抗震設(shè)防時(shí)。注意混凝土標(biāo)號(hào)計(jì)算時(shí)武漢地方規(guī)定樁身鋼筋不得參與貢獻(xiàn)；另?yè)?jù)《武漢市深厚軟土區(qū)域市政與建筑工程地面沉降防控技術(shù)導(dǎo)則》重點(diǎn)防控區(qū)（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(tái)無(wú)論樁數(shù)多少（不能一柱一樁）宜設(shè)置連系梁（可設(shè)置暗梁于底板）；承臺(tái)的選用宜多設(shè)聯(lián)合承臺(tái)，小筏板，充分利用單樁承載力，且加強(qiáng)了樁基的穩(wěn)定性。承臺(tái)條形樁外邊緣至承臺(tái)邊不小于75；板式承臺(tái)樁邊緣至承臺(tái)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(yàn)算沖切滿足的條件下，不必?cái)U(kuò)大承臺(tái)增加造價(jià)。承臺(tái)配筋直錨長(zhǎng)度大于35d或35d+0.1D（圓樁）不必彎折。

（2）天然基礎(chǔ)方面，抗浮技術(shù)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(dú)立基礎(chǔ)底板（條形基礎(chǔ)）大于2500時(shí)除外側(cè)鋼筋外，底板配筋長(zhǎng)度可以取相應(yīng)方向的0.9倍長(zhǎng)度交錯(cuò)布置，可以在圖紙中明確以利于節(jié)省鋼筋。柱下條形基礎(chǔ)基礎(chǔ)梁因剛度遠(yuǎn)大于支撐的框架柱，不考慮抗震的延性要求。筏形基礎(chǔ)配筋時(shí)注意通長(zhǎng)鋼筋采用最小配筋率+計(jì)算部位的附加配筋，注意筏基受力鋼筋間距宜大于150。另?yè)?jù)《全國(guó)民用建筑工程設(shè)計(jì)技術(shù)措施》（地基與基礎(chǔ)）5.6.4不論筏板多厚，都不需要在板厚的中面增設(shè)水平構(gòu)造鋼筋。為減少外墻錨入底板所增加的錨固區(qū)橫向鋼筋，宜將錨入底板部分的鋼筋保護(hù)層增大大于5d，（外墻配筋28及以下為150,配32時(shí)160）即底板宜挑出外墻面100或110，當(dāng)然這個(gè)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(shí)，外墻外側(cè)鋼筋遠(yuǎn)大于底板底筋時(shí)，注意將外墻鋼筋彎入板內(nèi)一定的錨固長(zhǎng)度。

（3）基礎(chǔ)埋置深度的確定：高規(guī)的條文中天然及復(fù)合地基“可取”1/15;樁基“可取”1/18,并不是限值，設(shè)計(jì)人慣性思維當(dāng)成了“不應(yīng)”，在《全國(guó)民用建筑工程設(shè)計(jì)技術(shù)措施》（地基與基礎(chǔ)）第5.1.4中有詳細(xì)描述，還可以1/18,1/20。注意，也是“可取”，硬性規(guī)定埋置深度與高度掛鉤沒(méi)有這個(gè)必要。

4 結(jié)論

結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)是在保證結(jié)構(gòu)安全、滿足國(guó)家規(guī)范要求的前提下，通過(guò)優(yōu)化結(jié)構(gòu)布置，科學(xué)分析結(jié)構(gòu)模型、適度采取構(gòu)造措施，充分發(fā)揮結(jié)構(gòu)性能的設(shè)計(jì)方法。結(jié)構(gòu)方案及基礎(chǔ)設(shè)計(jì)是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，也是結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。