韶关某住宅建筑结构优化设计

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1、规划与设计建材与装饰2014年4月韶关某住宅建筑结构优化设计曹兆丰（广东省建筑设计研究院广东广州510010）摘要：本文对韶关某住宅建筑结构进行了优化设计，优化方案分析对比，介绍了结构优化设计的步骤、方法和经济效益，并指出目前结构优化设计中存在的若干问题。关键词：结构优化设计；设计方案中图分类号：TU241文献标识码：B文章编号：1673-0038（2014）15-0008-031概况本工程地处韶关市，地上30层，地下2层，地上建筑面积25274m2，塔楼高度为94.2m、高宽比为5.2。地震抗震设防烈度为遇度，设计基本地震加速度值为0.05g，设计地震分组为第一组，设

2、计特征周期值为0.45s，场地属中软场地土，场地类别为芋类，抗震设防分类为丙类，抗震等级为三级。基本风压：0.35kN/m（250年重现期），0.45kN/m（2100年重现期），地面粗糙度C类。位移计算时，基本风压取0.35kN/m2；强度验算时，取1.1倍的基本风压，即0.385kN/m2。2优化目的及思路本次优化的目的是在满足规范要求、保证结构安全的前提下，使结构含钢量及混凝土用量均达到一个合理的较低值。根据以往工程经验，影响主体结构造价的主要因素有：（1）外部条件：包括建筑所在地的抗震等级、基本风压、规范差异等；（2）建筑因素：体型、总高度、层数、层高、拐角窗、

3、是否有转换层等；（3）结构因素：结构方案布置、参数选择、荷载取值、指标控制、构造措施等。本次优化从结构施工图阶段开始，上述“外部条件”、“建筑因素”已基本确定，优化工作主要从结构因素入手，大致思路如下：（1）建筑所在地为遇度区，地震作用不大，整体计算表明控制水平力为风荷载，然而基本风压为0.35kN/m2，风荷载也较小，因此，本工程水平力问题不突出，剪力墙以承受竖向力为主，可尽量减短墙肢，墙分散布置，减小梁跨；（2）平面较规则，体型较好，无转换层，层高基本合理，仅首层层高较高，需要处理，建筑因素整体较为有利，建筑平面无须大的调整，优化工作重点放在构造做法及精细化设计方面

4、。3优化设计的主要工作3.1结构布置的优化图1结构方案对比图方案1：为原有建筑图上的剪力墙布置，剪力墙厚变化为剪力墙结构体系中如何布置剪力墙是必须首先考虑的问题，考虑到普通和短肢剪力墙在住宅结构中都有应用，为此在对350耀250耀200，墙长从2100~4100不等，根据轴压比要求改变墙厚，墙肢长在各层不变化。比方案中我们增加了两种方案。即短肢剪力墙结构方案（方案2）方案2：为短肢剪力墙结构布置，墙厚变化为380耀300耀200，和变厚度变墙长方案（方案3）。采用广厦GSSAP程序计算，该程序概预算模块功能强大，可以快速得到结构的经济指标，以此作T形和L形墙长为1700

5、。变墙厚的同时未变墙长。方案3：为变墙长、变厚度模型，墙厚变化为300耀250耀200。除为参考来进行方案对比。此外，广厦可扣除构件间重叠部分的自核心筒外，其他部位的剪力墙变墙厚的同时墙长也变化，按略大重（约3%），荷载计算较为精确，如图1。·8·2014年4月建材与装饰规划与设计于8倍墙厚、避免出现短肢墙的原则来定墙长。与原有方案1模时，采用单价低、强度等级低、直径小的钢筋。型相比，此方案剪力墙布置更均匀、分散，墙长更合理。此外，取3.2.2混凝土容重的确定消了八角窗上的两根柱，改为折梁，这样可以省下两根桩基础。剪力墙结构的混凝土容重一般取27kN/m3左右，主要是考

6、虑图2为原有方案1模型与方案3结构布置方案对比图。到墙面抹灰、批荡、外贴面砖等附加荷载，这个做法虽然方便计算，但往往夸大了梁板的自重。在本工程优化设计中，混凝土自重取25kN/m3，附加荷载则按实际情况作为墙荷载输入，计算更准确。3.2.3梁的设计（1）梁跨度尽量控制在4耀6倍梁高，梁高控制在550以内，经济跨高比的梁可减小配筋，梁高不大于550时，可不用配置腰筋。（2）梁配筋拉通筋尽量用小直径，在标准层梁配筋中，大部分拉通筋用14，在满足构造要求的前提下用筋更省。（3）计算梁配筋时考虑受压钢筋的作用，可降低梁配筋量。图2原有方案1与方案3结构布置对比图3.2.4板的设

7、计表1地上部分（塔楼）理论材料用量对比（1）跨度较大的异形板采用有限元法分析，按照等值线分区方案方案1方案2方案3混凝土用量及含钢量对比域配筋，这样更省更安全。梁钢筋含量（kg/m2）9.010.1（26.7%）9.6（6.7%）（2）跨度较大的板，边界均按梁边考虑，相比程序自动计算取板钢筋含量（kg/m2）7.27.27.2墙钢筋含量（kg/m2）22.123.2（5.4%）17.7（-19.9%）至梁中，跨度较小，符合实际情况，可有效减小配筋。单位面积综合含钢量（kg/m2）38.340.5（5.7%）34.5（-9.9%）3.2.5