淺析民用建筑砼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化

1、淺析民用建筑砼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化 摘要：隨著城鎮(zhèn)化進(jìn)程的逐步加快，從發(fā)展現(xiàn)狀來(lái)看民用建筑的高層化、智能化、多功能化都得到了充分的實(shí)踐，這不僅滿足了人們對(duì)于民用建筑的多元化需求，同時(shí)也推動(dòng)了城市的現(xiàn)代化建設(shè)；但是民用建筑也越來(lái)越商品化，投資方也希望利潤(rùn)最大化。由此給結(jié)構(gòu)工程師帶來(lái)新的挑戰(zhàn)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)既要滿足安全、合理、符合國(guó)家規(guī)范，還要經(jīng)濟(jì)、節(jié)能、降低造價(jià)。砼結(jié)構(gòu)作為主要建筑結(jié)構(gòu)形式，對(duì)砼結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)也十分必要。本文就民用建筑砼結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的必要性進(jìn)行簡(jiǎn)要的論述。 關(guān)鍵詞：民用建筑；砼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；優(yōu)化；必要性 在大量的實(shí)踐中，砼結(jié)構(gòu)抗震性能較好且實(shí)用性較強(qiáng)，適用范圍較廣，因而得到了廣泛的運(yùn)用。但是，

2、在綠色經(jīng)濟(jì)的發(fā)展背景下，激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)下優(yōu)化砼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也勢(shì)在必行，在具體的實(shí)施中從各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行優(yōu)化，提高建筑的安全性、合理性、經(jīng)濟(jì)性為人們的居住營(yíng)造舒適、安全的環(huán)境。 一、優(yōu)化民用建筑砼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的必要性 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是建筑施工圖設(shè)計(jì)中的重要環(huán)節(jié)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)首要前提是安全性，然后才能考慮舒適性、經(jīng)濟(jì)性等問(wèn)題，科學(xué)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有較強(qiáng)的可行性，且在成本控制上非常有利，但是從目前民用建筑砼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的現(xiàn)狀來(lái)看，片面的沿用之前的設(shè)計(jì)方法不利于成本控制，這對(duì)于企業(yè)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展非常不利。在信息化的發(fā)展背景下，部分結(jié)構(gòu)工程師對(duì)于設(shè)計(jì)軟件的依賴程度逐漸增加，其設(shè)計(jì)出來(lái)的方案在具體的實(shí)踐中無(wú)法發(fā)揮出應(yīng)有的引導(dǎo)作用，再加上個(gè)

3、人工作經(jīng)驗(yàn)的不足，在細(xì)節(jié)的完善和設(shè)計(jì)中或多或少存在一些瑕疵。針對(duì)這種現(xiàn)狀，優(yōu)化民用建筑砼結(jié)構(gòu)，便于更好的提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性及科學(xué)性，逐步將結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)理念滲透到具體的工作中。 二、工程實(shí)例 1、工程概況 某住宅小區(qū)，由商業(yè)，住宅組成。商業(yè)：框架結(jié)構(gòu)4層，住宅：抗震墻結(jié)構(gòu)18層；8度0.3g設(shè)防，場(chǎng)地類別類，基本風(fēng)壓為0.30kn/m2；商業(yè)首層層高為4.5m，其余層高為4.2m；住宅首層層高為4.5m，二層層高為4.2m，其余各層層高均為3.0m。 2、問(wèn)題的提出和優(yōu)化 原設(shè)計(jì)在2013年初完成，業(yè)主方在拿到施工圖之后，經(jīng)造價(jià)咨詢?cè)靸r(jià)偏高，比同區(qū)域同形式的建筑造價(jià)高出20%以上。業(yè)主方便

4、提出優(yōu)化施工圖設(shè)計(jì)。 （1）原設(shè)計(jì)商業(yè)體型l型，b/bmax=16700/33600=0.4970.30，規(guī)則性判斷為凹凸不規(guī)則； 計(jì)算資料顯示，在考慮偶然偏心下的最大層間位移與平均層間位移的比值為1.3，規(guī)則性判斷為扭轉(zhuǎn)不規(guī)則。顯然，本工程已有兩項(xiàng)超出規(guī)范要求，按要求進(jìn)行水平地震作用計(jì)算和內(nèi)力調(diào)整，并應(yīng)對(duì)薄弱部位采取有效的抗震構(gòu)造措施。一層柱截面900*900，梁400*850，砼強(qiáng)度等級(jí)c45，柱配筋率5.6%；框架梁配筋率超2%；根據(jù)筆者的經(jīng)驗(yàn)，若不優(yōu)化平面形狀及結(jié)構(gòu)形式，盲目采取加強(qiáng)措施，必然要增加造價(jià)。 （2）對(duì)住宅建筑圖的分析，建筑呈正方形，但y向有效樓板寬度小于50%，規(guī)則性判斷

5、為樓板局部不連續(xù)；抗震墻位置較合理，但抗震墻截面過(guò)厚，抗震墻截面尺寸：地下室十三層400mm；十四、十五層300mm；十六、十七層200mm；結(jié)構(gòu)本身自重加重、剛度偏大促使地震力增大，配筋率增加，導(dǎo)致砼用量增加，邊緣構(gòu)件、墻身配筋過(guò)高。 砼強(qiáng)度等級(jí)地下室十三層c50， 十四、十五層c45，其余層c40。據(jù)筆者當(dāng)?shù)仨?xiàng)目以往經(jīng)驗(yàn)，此項(xiàng)目指標(biāo)有所偏高。減薄抗震墻厚度，優(yōu)化抗震墻布置，在各項(xiàng)指標(biāo)滿足規(guī)范的要求下，盡量減薄抗震墻厚度，經(jīng)復(fù)核計(jì)算，抗震墻厚度調(diào)整為：地下室二層400mm；三層九層350mm；十層十二層250mm。十三層十七層200mm。砼強(qiáng)度等級(jí)梁板調(diào)整為地下室二層c35，其余c30. 在

6、保證安全，符合國(guó)家規(guī)范的前提下， 減少砼用量及扣除原有墻體內(nèi)的大量鋼筋，其經(jīng)濟(jì)性是十分可觀的。 （3）板中受力鋼筋不同砼強(qiáng)度等級(jí)的使用比較。本工程大部分板塊的板跨都不大，計(jì)算后發(fā)現(xiàn)基本為構(gòu)造配筋，即由最小配筋率控制，而最小配筋率與砼強(qiáng)度等級(jí)直接相關(guān)。對(duì)比如下： 三級(jí)鋼、c45：min=max0.2%，0.45ft/fy=0.225% 三級(jí)鋼、c30：min=max0.2%，0.45ft/fy=0.20% 而且砼強(qiáng)度過(guò)高，導(dǎo)致水化熱過(guò)大，樓板開(kāi)裂過(guò)多影響使用；故合理降低砼等級(jí)對(duì)各方面都是有益的。 經(jīng)過(guò)以上幾項(xiàng)調(diào)整造價(jià)明顯降低，安全保證，業(yè)主滿意。 三、總結(jié)優(yōu)化方法和途徑 1、形狀優(yōu)化比尺寸優(yōu)化更

7、有意義 在建筑的一個(gè)獨(dú)立結(jié)構(gòu)單元內(nèi)，宜使結(jié)構(gòu)平面形狀簡(jiǎn)單、規(guī)則，剛度和承載力分布均勻，平面長(zhǎng)度不宜過(guò)長(zhǎng)，突出部分長(zhǎng)度不宜過(guò)大；l、l等值宜滿足要求；建筑的豎向體型宜規(guī)則、均勻，避免有過(guò)大的外挑和內(nèi)收，側(cè)向剛度宜下大上小，逐漸均勻變化，不應(yīng)采用豎向布置嚴(yán)重不規(guī)則的結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)工程師都曾遇過(guò)類似情況：當(dāng)一幢建筑的體型簡(jiǎn)單、規(guī)則、均勻，其各項(xiàng)指標(biāo)的校核驗(yàn)算易滿足規(guī)范，反之，則需花一番苦功才能令各項(xiàng)指標(biāo)勉強(qiáng)滿足規(guī)范。結(jié)果可能是墻柱截面尺寸過(guò)大，單位面積重量超標(biāo)，不僅造價(jià)較高，而且還影響部分建筑功能。筆者認(rèn)為，結(jié)構(gòu)工程師一定要注重概念設(shè)計(jì)，在建筑方案階段就應(yīng)積極介入，運(yùn)用自己的專業(yè)知識(shí)提出建議，在滿足美觀

8、、適用的前提下，盡可能使建筑結(jié)構(gòu)的體型簡(jiǎn)單、規(guī)則和均勻。這樣，結(jié)構(gòu)體系就會(huì)具有合理的剛度和承載力分布，避免因局部削弱或突變形成薄弱部位，產(chǎn)生過(guò)大的應(yīng)力集中或塑性變形集中。只有這樣，到初步、施工圖設(shè)計(jì)階段的優(yōu)化才會(huì)有實(shí)質(zhì)性的意義。 2、注重抗震墻的平面布置 注重抗震墻的平面布置主要應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：a.抗震墻宜沿周邊均勻、相對(duì)集中布置。在建筑物的樓梯間、電梯間、平面形狀變化及恒載較大的部位宜布置抗震墻，其間距不宜過(guò)大。b.抗震墻結(jié)構(gòu)中，抗震墻宜沿主軸方向或其他方向雙向布置，抗震設(shè)計(jì)的抗震墻結(jié)構(gòu)，應(yīng)避免僅單向有墻的結(jié)構(gòu)布置形式。c.抗震墻墻肢截面宜簡(jiǎn)單、規(guī)則，抗震墻結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度不宜過(guò)大。d.設(shè)計(jì)中

9、應(yīng)注意盡量減少短肢抗震墻的數(shù)量，不應(yīng)采用全部為短肢抗震墻的抗震墻結(jié)構(gòu)。 3、合理使用高強(qiáng)砼和高強(qiáng)鋼筋 建筑的總造價(jià)包括上部結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)及施工等費(fèi)用，構(gòu)件的截面尺寸和用鋼量對(duì)造價(jià)的影響很大，設(shè)計(jì)中合理使用高強(qiáng)砼、高強(qiáng)鋼筋可有效降低用鋼量，節(jié)約成本。如果建筑位于高烈度區(qū)，地震作用的大小幾乎與建筑自重成正比，減輕自重能夠減小結(jié)構(gòu)的地震荷載，有利于提高結(jié)構(gòu)的安全度；或者作用于結(jié)構(gòu)上的荷載很大， 在設(shè)計(jì)中合理的使用高強(qiáng)砼和高強(qiáng)鋼筋，能快速、有效的減少墻、柱、梁、板等構(gòu)件的截面尺寸，降低用鋼量，減輕建筑自重， 取得顯著的經(jīng)濟(jì)效果。 總結(jié)：在民用建筑砼結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)中，必須將安全、合理、經(jīng)濟(jì)等因素滲透進(jìn)去，適當(dāng)考量成本因素，以合理調(diào)整建筑布局、完善細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)等形式來(lái)落實(shí)民用建筑砼結(jié)構(gòu)的優(yōu)化。結(jié)構(gòu)工程師自身也要不斷提高個(gè)人業(yè)務(wù)水平，在工作中注意經(jīng)驗(yàn)的積累，在以后的工程中完成高質(zhì)量的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作，為建筑業(yè)的發(fā)展做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。 本人水平有限，文