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        某住宅小區(qū)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

        2019-07-10 02:04:44李勝利
        科技視界 2019年13期
        關(guān)鍵詞:施工效率結(jié)構(gòu)優(yōu)化

        李勝利

        【摘 要】在保證結(jié)構(gòu)整體滿足規(guī)范和受力要求前提下,從施工效率和結(jié)構(gòu)受力合理角度對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。分別對(duì)塔樓標(biāo)準(zhǔn)層結(jié)構(gòu)布置、地下室樓蓋體系和基礎(chǔ)形式等進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化。通過(guò)計(jì)算對(duì)比分析和優(yōu)化前后平均材料用量對(duì)比,可得出從本項(xiàng)目?jī)?yōu)化可取得較顯著經(jīng)濟(jì)效益。

        【關(guān)鍵詞】施工效率;結(jié)構(gòu)優(yōu)化;結(jié)構(gòu)整體指標(biāo);結(jié)構(gòu)承載力

        中圖分類(lèi)號(hào): TU973文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A 文章編號(hào): 2095-2457(2019)13-0159-003

        DOI:10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.13.076

        0 引言

        該項(xiàng)目位于華南地區(qū),建筑面積約30萬(wàn)m2,分為三期建設(shè),均為住宅小區(qū)。原施工圖已全部出完,施工開(kāi)始前對(duì)圖紙進(jìn)行會(huì)審,施工單位反饋原結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)施工較復(fù)雜且存在較多的優(yōu)化空間。于是組織相關(guān)各方和設(shè)計(jì)院對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化,分別從施工角度和結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)性方面進(jìn)行優(yōu)化,即節(jié)省土建造價(jià),又方便施工提高施工效率。

        該項(xiàng)目均為剪力墻結(jié)構(gòu),抗震設(shè)防烈度為6度,設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.05g,設(shè)計(jì)地震分組為第一組,建筑場(chǎng)地類(lèi)別為Ⅱ類(lèi),場(chǎng)地特征周期為0.35s,抗震等級(jí)為三級(jí);50年一遇基本風(fēng)壓為0.85KN/m2,地面粗糙度B類(lèi),層高2.9m~3m,地上部分高度為84~94m,地下一層,局部地下兩層。

        一般住宅項(xiàng)目建造成本中土建占比較大,尤其結(jié)構(gòu)部分中兩大主要材料—鋼筋和混凝土用量是直接經(jīng)濟(jì)指標(biāo),與施工進(jìn)度和施工效率密切相關(guān)。設(shè)計(jì)優(yōu)化時(shí)分別從基礎(chǔ)設(shè)計(jì)、地下室設(shè)計(jì)和塔樓標(biāo)準(zhǔn)層設(shè)計(jì)方面著手,從施工效率和結(jié)構(gòu)受力合理性方面進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化。

        1 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)優(yōu)化

        本項(xiàng)目巖土工程勘察報(bào)告表明,地層自上而下分別為:①素填土、②粉質(zhì)粘土、③砂質(zhì)粘土、④強(qiáng)風(fēng)化花崗巖、⑤中風(fēng)化花崗巖。其中⑤層中風(fēng)化花崗巖全場(chǎng)地均有分布,巖石質(zhì)量指標(biāo)RQD值介于25-70間,單軸飽和抗壓強(qiáng)度為45Mpa,承載力高,為理想的樁基持力層。

        原結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)塔樓部分采用樁徑1000mm沖孔灌注樁+2000mm厚筏板,其中為加大基礎(chǔ)埋深在筏板頂部設(shè)置1層結(jié)構(gòu)空腔層作為負(fù)1層底板,層高3米,該空腔層剪力墻拉直貫通,施工支模和拆模復(fù)雜。車(chē)庫(kù)部分基礎(chǔ)采用上反柱下條形基礎(chǔ)+筏板兼做防水板,上反基礎(chǔ)梁面高出底板面700mm,結(jié)構(gòu)施工完成后需大量回填土且不便于機(jī)械作業(yè)。

        本項(xiàng)目所在地區(qū)處于基本風(fēng)壓大,抗震設(shè)防烈度低地區(qū),塔樓平面和豎向均較規(guī)則,結(jié)構(gòu)高寬比約3.2,剛重比大,結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性好,基礎(chǔ)埋深在能夠滿足穩(wěn)定性和抗傾覆的前提條件下,減少埋深可大幅減少土方開(kāi)挖量和施工工程量。根據(jù)上部柱底內(nèi)力,塔樓基礎(chǔ)需采用樁基礎(chǔ)。結(jié)合項(xiàng)目地的工程經(jīng)驗(yàn)采用沖孔灌注樁為宜,施工方便,單樁承載力高。樁端持力層為中風(fēng)化花崗巖,按嵌巖樁進(jìn)行設(shè)計(jì),樁端全斷面嵌入中風(fēng)化花崗巖深度不小于2D。筏板底部所在土層接近強(qiáng)風(fēng)化花崗巖,建筑負(fù)一層完成面標(biāo)高為24.4m,原結(jié)構(gòu)地塊條形基礎(chǔ)頂標(biāo)高為23.1m,樁筏頂標(biāo)高為19.0m,高差為1.3~5.4m,標(biāo)高24.4m處基礎(chǔ)已滿足埋深要求。經(jīng)驗(yàn)算,按照建筑筏板頂標(biāo)高為24.4m,結(jié)構(gòu)整體抗滑移和抗傾覆均有滿足規(guī)范要求,于是可取消塔樓南側(cè)無(wú)建筑使用功能的結(jié)構(gòu)空腔層。另外原樁基布置采用等間距布置,樁中心與豎向荷載作用下剪力墻合力中心距離較大,附加彎矩大,筏板厚度較厚且內(nèi)力受力復(fù)雜,導(dǎo)致全樓樁數(shù)較多,筏板配筋較大。

        考慮與地庫(kù)的較好銜接,優(yōu)化后塔樓基礎(chǔ)筏板頂標(biāo)高為為23.90m,取消結(jié)構(gòu)空腔層優(yōu)化樁基布置,采用沖孔灌注樁直徑1000mm,單樁承載力特征值為7000kN,墻柱中心線下布樁,經(jīng)驗(yàn)算筏板厚度可優(yōu)化至1500mm。地庫(kù)部分采用柱下獨(dú)立基礎(chǔ)+筏板兼做防水板,底板厚度300mm,柱下柱墩與底板設(shè)45°斜角進(jìn)行過(guò)度,方便地基開(kāi)挖和防水施工,受力合理。優(yōu)化后基礎(chǔ)布置圖詳見(jiàn)圖1。

        經(jīng)計(jì)算分析,優(yōu)化后的塔樓基礎(chǔ)和地庫(kù)部分基礎(chǔ)受力均勻,抗沖切等受力指標(biāo)均滿足規(guī)范要求,筏板和底板配筋大部分區(qū)域均勻構(gòu)造配筋即可。優(yōu)化前后經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對(duì)比詳見(jiàn)表1。優(yōu)化后平均混凝土用量節(jié)省36.19%,平均鋼筋含量節(jié)省42.79%,如考慮土方開(kāi)挖量和回填量、施工措施等,優(yōu)化后基礎(chǔ)方具有更顯著經(jīng)濟(jì)效益。

        2 地下室樓蓋體系優(yōu)化

        該項(xiàng)目地下室2層,原設(shè)計(jì)地下室負(fù)一層和頂板樓蓋均采用井字梁,原結(jié)構(gòu)框架柱截面為600x600mm,頂板框架梁550×1000mm,次梁為400×700mm;負(fù)1層框架梁為550×900mm,次梁為300×700mm;頂板和負(fù)1層板厚均為250mm。計(jì)算結(jié)果表明,主次梁受力大、配筋大。導(dǎo)致施工模板耗費(fèi)較大,后期機(jī)電管線安裝復(fù)雜。

        根據(jù)受荷載特點(diǎn),對(duì)于荷載較大樓蓋應(yīng)采用加腋梁板或者主梁+大板方案,梁受力經(jīng)濟(jì)合理,對(duì)于普通樓蓋,宜采用十字梁或者雙次梁方案,使梁截面進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化,方便鋼筋加工和樓板制作安裝。針對(duì)樓蓋面荷載的大小不同,結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)施工條件,負(fù)1層樓蓋采用十字梁,地下室頂板樓蓋采用梁板加腋的大板結(jié)構(gòu)形式,取消次梁。頂板框架梁截面為600x800/1000mm(端部梁高加腋后高度為1000mm),板厚為200/500(主梁邊樓板厚度加腋至500mm);負(fù)1層采用十字梁,框架梁為400x800mm,次梁為300x700mm,板厚為200mm。經(jīng)過(guò)結(jié)構(gòu)計(jì)算分析,豎向荷載下樓蓋承載力和撓度均滿足規(guī)范要求。優(yōu)化前后樓蓋經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對(duì)比詳見(jiàn)表2。優(yōu)化后平均混凝土用量節(jié)省18.11%,平均鋼筋含量節(jié)省21.59%,具有較好的經(jīng)濟(jì)效益。

        3 塔樓標(biāo)準(zhǔn)層設(shè)計(jì)優(yōu)化

        本項(xiàng)目為普通住宅,標(biāo)準(zhǔn)層平面統(tǒng)一,橫平豎直。原標(biāo)準(zhǔn)層結(jié)構(gòu)平面布置詳見(jiàn)圖1。從圖1可看出,主要有下列不利因素:1)原結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)墻肢厚薄不一且存在較多端柱;2)沿塔樓豎向高度墻體厚度和長(zhǎng)度出現(xiàn)多次變化;3)梁截面尺寸規(guī)格不一;4)存在較多拉梁和外挑結(jié)構(gòu)板。從施工角度看,結(jié)構(gòu)構(gòu)件尺寸如未能較好的進(jìn)行歸并統(tǒng)一,將導(dǎo)致模板耗費(fèi)較多,鋼筋制作類(lèi)型也較多,施工成本較大且不利于施工工效的提高。

        結(jié)合施工和結(jié)構(gòu)受力因素,本項(xiàng)目主要為風(fēng)荷載控制,原結(jié)構(gòu)布置未能較好的發(fā)揮核心筒的有利作用,設(shè)計(jì)優(yōu)化時(shí),加厚核心筒與南北兩側(cè)單元的連接樓板厚度,計(jì)算按照彈性樓蓋進(jìn)行分析設(shè)計(jì),墻體厚度自2層樓面開(kāi)始,取消剪力墻大端柱,除周邊墻體厚度為300mm外其余墻體厚度均為200mm,墻肢長(zhǎng)度和連梁在塔樓標(biāo)準(zhǔn)層設(shè)計(jì)統(tǒng)一截面,外框架梁高度統(tǒng)一至窗頂,既有效提高結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度和抗扭剛度,又可節(jié)省門(mén)窗過(guò)梁的二次施工費(fèi)用。優(yōu)化后結(jié)構(gòu)布置詳見(jiàn)圖2。

        通過(guò)結(jié)構(gòu)整體計(jì)算分析,優(yōu)化后結(jié)構(gòu)整體指標(biāo)較原結(jié)構(gòu)布置更加合理,均滿足現(xiàn)行規(guī)范要求。結(jié)構(gòu)自重較優(yōu)化前更小,平均計(jì)算鋼筋含量由45.74kg/㎡優(yōu)化至40.45kg/㎡,節(jié)省11.56%,混凝土用量由0.34m3/㎡優(yōu)化至0.30m3/㎡,節(jié)省11.76%,具有較好的經(jīng)濟(jì)性。結(jié)構(gòu)計(jì)算指標(biāo)對(duì)比詳見(jiàn)表3。

        4 總結(jié)

        在保證安全性和合理性的前提下,通過(guò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)既可降低整體造價(jià),又可提高施工效率。本項(xiàng)目從施工角度和結(jié)構(gòu)受力合理性方面對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化,保證規(guī)范要求、結(jié)構(gòu)承載力和具備足夠的結(jié)構(gòu)可靠度前提下,塔樓地上部分通過(guò)優(yōu)化剪力墻布置,取消部分框架柱,增加戶內(nèi)使用面積,提高建筑使用空間,優(yōu)化樓層結(jié)構(gòu)梁高,提高建筑室內(nèi)凈高;地下室通過(guò)采用加腋梁板形式,減輕結(jié)構(gòu)自重,提高地下室凈高,更利于設(shè)備管線布置;基礎(chǔ)改為樁承臺(tái)+筏板板形式,大大減少結(jié)構(gòu)材料,滿足抗傾覆前提下適當(dāng)抬高基礎(chǔ)底標(biāo)高,減少現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)挖及地下室土方回填量等綜合措施,使得項(xiàng)目成本優(yōu)化經(jīng)濟(jì)效益明顯,施工更為方便高效。

        【參考文獻(xiàn)】

        [1]林同炎.結(jié)構(gòu)概念和體系(第2版)[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,1999.

        [2]中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn).GB 50007-2011建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2011.

        [3]中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn).GB 50011-2010建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2010.

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