淺談建筑結構優化（上）

黃鵬飛  張銀萍

中聯西北工程設計研究院  710082

    目前,很多房地產開發公司在與設計院簽訂合同時,增加混凝土折算厚度和單位面積鋼筋含量限值的條款,希望減少建筑材料用量,以較低的工程造價,實現企業投入與產出利潤最大化。工程設計人員需要增強市場服務意識,通過方案分析,經濟比較,滿足投資方技術與經濟兩方面的要求。

    合理的結構優化，可以在不減少結構安全性甚至增加結構安全性的情況下節約工程投資。真正的結構優化，是指結構體系的優化，選擇合理的結構體系才是優化的根本，結構體系選擇正確，優化掉的只是贅余或無用的結構部件，而受力的結構部件得到加強，因而是增加結構安全性的同時又降低結構造價，而不是簡單的抽墻抽柱。

    結構體系的選擇，對于上部結構經濟指標至關重要，在理論上講，好的經濟的結構體系選擇基于兩點：1、好鋼要用于刀刃上，2、盡量做到等強度設計或接近等強度設計；所謂好鋼用在刀刃上，指各結構構件本身要強勁有力的同時本身要有合理的應用范圍，譬如混凝土抗壓、鋼筋抗拉，而不是相反，剪力墻作為抗側力構件是合理的，柱子作為承受豎向荷載，就可以達到基本各司其職，做到好鋼用到刀刃上。理論上的等強度設計是難于做到，可以通過增加劃分鋼筋標準層來貼近內力在層與層之間的變化來實現。

1、高層建筑標準層的含鋼量控制

    1.1影響因素

    其中核心因素是三個：  體型、高度、結構轉換

    1體型：確保高寬比不宜＞6，平面無不規則，避免超限審查

    2層數（高度）：很重要！！注意臨界高度60m、80m；層高每+10cm，含鋼量+1 ㎏/㎡，鋼筋+6元/㎡

    3轉換：1個轉換層相當于3個標準層

    1.2結構方案控制

    在方案階段應提出合理的結構布置，合理的結構布置要做到四要四忌。

    四要：方正規矩、傳力直接、冗余約束、備用用途

    四忌：頭重較輕、奇形怪狀、間接傳力、材料脆性

    2 控制墻柱的面積，在滿足初步估算的前提下，控制位移比1/1000~1/1200。

2、地下室的含鋼量控制

    1）影響因素

    在地質情況和上部建筑確定的前提下，地下室含鋼量的三大影響因素：層高（埋深）、覆土、結構方案

    2）方案階段：

    1.嚴控層高：非人防3.6米，人防3.7米。

    2.景觀布置和排水方式：景觀覆土不超過1.2米，確實要種大樹，可采取局部堆土方式。地面、頂板、底板排水坡度和方向盡量一致，減少覆土和埋深。

    3.上部建筑的影響：層數設計成25層或32層的高度臨界值；盡量不做轉換。

3、主裙樓相連時的含鋼量控制

    影響因素

    裙房與主樓相連，除應按裙房本身確定抗震等級外，相關范圍不應低于主樓的抗震等級；主樓結構在裙房頂板對應的相鄰上下隔一層應適當加強構造措施。

    結構方案

    合理設縫，適當懸挑，主裙樓分開計算。

    小結：建筑結構方案的優化在整個結構優化中的比例能占到70%左右，結構方案的優化對結構優化的結果起著決定的作用。

    對建筑結構進行優化，降低含鋼量，不只是結構專業的事情，需要建筑師的支撐，最大可能地減免建筑結構方案中影響含鋼量控制的不利因素，在不降低結構安全的的情況下節約造價。已達到安全適用、技術先進、經濟合理、方便施工的目的。

(本文來源：陜西省土木建筑學會  文徑網絡：文徑 尹維維 編輯  劉真 審核)