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摘要：不更改結(jié)構(gòu)體系，只是在同一結(jié)構(gòu)體系下更精細(xì)化的計(jì)算分析也是一種結(jié)構(gòu)優(yōu)化，這種優(yōu)化是一種層次比較低的優(yōu)化，一般而言，在設(shè)計(jì)單位設(shè)計(jì)失誤的情況下才能節(jié)約較多的工程造價(jià)，否則節(jié)約有限，這種優(yōu)化減少的是結(jié)構(gòu)富余安全度。下面簡(jiǎn)單論述下結(jié)構(gòu)的精細(xì)化計(jì)算和設(shè)計(jì)。...

淺談建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化（下）

黃鵬飛  張銀萍

中聯(lián)西北工程設(shè)計(jì)研究院 710082

一、結(jié)構(gòu)模型計(jì)算中注意事項(xiàng)

    1.荷載取值不要擴(kuò)大，不能層層加碼。

    2.選取合理的設(shè)計(jì)參數(shù)，不要隨意修改。如剪力墻結(jié)構(gòu)中砼的容重，考慮抹灰后27已足夠，無(wú)需再加大。

    3.察看梁的計(jì)算結(jié)果信息。梁的計(jì)算結(jié)果查看如下內(nèi)容：縱筋的超筋情況，配箍超筋情況，雖未超筋，但實(shí)際是否可配，梁縱向鋼筋要放幾排，每排根數(shù)，此兩項(xiàng)是梁尺寸、砼強(qiáng)度等級(jí)調(diào)整的依據(jù)，見(jiàn)《抗規(guī)》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(diào)整鋼筋是要逐個(gè)梁進(jìn)行，以確定梁的跨數(shù)和實(shí)際支座情況，出圖后要對(duì)梁的編號(hào)后綴都須核實(shí)更改。

    4.第3條主要是對(duì)框架梁結(jié)構(gòu)的模型修改和結(jié)構(gòu)計(jì)算過(guò)程中需運(yùn)用的技巧和方法。對(duì)于其他結(jié)構(gòu)和構(gòu)件，同理可以按上面的思路進(jìn)行模型修改和調(diào)整。

二、結(jié)構(gòu)構(gòu)造

    細(xì)部設(shè)計(jì)與構(gòu)造要合理經(jīng)濟(jì)：

    1.地下室底板設(shè)計(jì)：板類受彎構(gòu)件的最小配筋率，已由老的《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》的0.2%改為0.15%。新《混規(guī)》8.5.1條注2，板類受彎構(gòu)件（不包括懸臂板）的受拉鋼筋，當(dāng)采用強(qiáng)度等級(jí)400MPa、500MPa的鋼筋時(shí)，其最小配筋率應(yīng)允許采用0.15和45ft/fy中的較大值。《地基》8.2.1第3條，擴(kuò)展基礎(chǔ)受力鋼筋最小配筋率不應(yīng)小于0.15%；《地基》8.4.15條，梁板式筏基的底板和基礎(chǔ)梁的配筋除滿足計(jì)算要求外，縱橫方向的底部鋼筋尚應(yīng)有1/2-1/3貫通全跨，頂部鋼筋按計(jì)算配筋全部連通，底板上下貫通鋼筋的配筋率不應(yīng)小于0.15%。

    2.基礎(chǔ)梁的設(shè)計(jì)：基礎(chǔ)梁并無(wú)延性要求，其縱筋伸入支座錨固長(zhǎng)度，箍筋間距、箍筋肢距、彎鉤等皆應(yīng)按照非抗震構(gòu)件的構(gòu)造要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。基礎(chǔ)梁兩側(cè)的構(gòu)造鋼筋，由于基礎(chǔ)梁的截面面積都很大，無(wú)需滿足《混規(guī)》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(shè)計(jì):我國(guó)《混規(guī)》裂縫計(jì)算公式，是由單向受彎構(gòu)件的試驗(yàn)研究得出的，對(duì)于雙向受彎構(gòu)件是不適用的。1 《北京地區(qū)建筑地基基礎(chǔ)勘察設(shè)計(jì)規(guī)范》（DBJ11-501-2009）中 8.1.13條，當(dāng)?shù)叵率彝鈮θ绻�有建筑防水時(shí)，外墻裂縫寬度可以取0.4mm。2 《建筑結(jié)構(gòu)專業(yè)技術(shù)措施》（北京市建筑設(shè)計(jì)研究院編（2006年版），3.8.17條，基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)構(gòu)件（包括筏形基礎(chǔ)的梁、板構(gòu)件，條形基礎(chǔ)的梁等）可不驗(yàn)算其裂縫寬度。但注意：當(dāng)?shù)叵滤�具有�?qiáng)腐蝕性時(shí)就需要計(jì)算控制裂縫

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

    5.剪力墻的設(shè)計(jì)： 構(gòu)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(shè)置；剪力墻的軸壓比不大于0.3時(shí)，可不設(shè)置約束邊緣構(gòu)件；約束邊緣構(gòu)件的體積配箍特征值跟剪力墻的軸壓比是相關(guān)的，見(jiàn)《抗規(guī)》表6.4.5-3；剪力墻的水平分布筋可計(jì)入約束邊緣的體積配箍率，但不應(yīng)大于30%，詳見(jiàn)《抗規(guī)》6.4.

    6.梁的設(shè)計(jì)：采用300寬框架梁，我們常做的二、三級(jí)框架，在梁寬大于300時(shí)，框架梁箍筋需要四肢，這樣帶來(lái)的鋼筋增量就比較大，因此可以多考慮300梁寬；當(dāng)框架梁跨度大于8m時(shí)，應(yīng)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(jì)算結(jié)果不合理。《混規(guī)》第9.2.13條   當(dāng)梁的腹板高度hw≥450mm時(shí)，在梁的兩個(gè)側(cè)面應(yīng)沿高度配置縱向構(gòu)造鋼筋，針對(duì)此條，在梁鋼筋差異不大的情況下，可將梁腹板高度設(shè)計(jì)為hw<450mm，以減少構(gòu)造腰筋。

    7.非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的設(shè)計(jì)：非結(jié)構(gòu)構(gòu)件未采用《抗規(guī)》13.2的計(jì)算方法，直接拍腦袋設(shè)計(jì)，得到的結(jié)果要么浪費(fèi)，要么配筋量不足

三、優(yōu)化案例

    1.在“格蘭春天”住宅小區(qū)  7#樓的設(shè)計(jì)中， 500厚板的梁筏基礎(chǔ)中，配筋采用通長(zhǎng)14@150與局部加強(qiáng)相結(jié)合的辦法，比配筋采用通長(zhǎng)16@150與局部加強(qiáng)相結(jié)合的辦法節(jié)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(jiàn)圖2-1。

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

    根據(jù)鋼筋混凝土規(guī)范，當(dāng)梁寬不大于400ｍｍ，一層內(nèi)受壓鋼筋多于4根時(shí)，才應(yīng)設(shè)置復(fù)合箍筋，本例顯然可以不設(shè)復(fù)合箍筋。

    箍筋最大間距規(guī)范規(guī)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(qū)以外的箍筋完全可以優(yōu)化為Φ8@200(2)，變4肢為2肢，節(jié)省箍筋鋼材約36%，見(jiàn)圖2-2。

上部結(jié)構(gòu)每平方米的含鋼量標(biāo)準(zhǔn)

參考文獻(xiàn)：

1.《高層建筑含鋼量控制方法》(萬(wàn)科)

2.《北京地區(qū)建筑地基基礎(chǔ)勘察設(shè)計(jì)規(guī)范》（DBJ11-501-2009）

3.《建筑結(jié)構(gòu)專業(yè)技術(shù)措施》（北京市建筑設(shè)計(jì)研究院編（2006年版）

4.《砼規(guī)》GB50010-2010

5.《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50011-2010

(本文來(lái)源：陜西省土木建筑學(xué)會(huì)  文徑網(wǎng)絡(luò)：文徑 尹維維 編輯  劉真 審核)

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