对徐闻县君悦花园高层住宅结构优化设计的探索及建议

任胜

【摘要】对徐闻县君悦花园高层住宅在施工图出图后在成本超预算的基础上进行设计优化，介绍了基础部分、墙柱布置、钢筋等级、梁板受力分析等优化内容。优化设计后，结构安全度不降低、剪力墙及柱具有更好的延性和抗震能力，且含钢量降低。优化后的结果不但改进了设计，也节约了工程造价。

【关键词】高层建筑;优化设计;弯矩调幅;实例

1、工程概况

君悦花园地下一层，地上25层，建筑高度（自室外地坪至屋面面层）H=81.2m。地下室高度4.30m，地面A、B、C栋1层架空层高3.90m，2～25层层高3.00m，D栋1层层高4.80m，2层层高4.50m，3层层高6.00m，4层层高3.20m，5～25层层高2.90m。

自然条件：徐闻50年重现期基本风压值Wa=0.75KN/m2，抗震设防烈度为8度，设计基本地震加速度值为0.29g，设计地震分组为第一组。雪荷载不考虑。

抗震等级：B栋C栋为抗震墙结构体系（高度>80m）抗震等级为一级;A栋为带局部转换层的剪力墙结构体系（高度>80m），剪力墙抗震等级为一级，转换层（部分）剪力墙一般部位为二级，加强部位为一级。框支层框架为一级，（注1、本例可不按框支梁考虑，可按托墙粱设计，柱仍应按框支柱设计）。D栋为高位转换剪力墙结构体系（高度>80m），剪力墙一般部位为二级，加强部位为一级，框支层框架为一级，（注2、梁按托墙梁设计，柱按框支柱设计）。

拟建建筑物场地类别为Ⅱ类，场地土类型为坚硬。

应对含钢量及混凝土量结构优化建议具体从以下几点着手：

（1）是否将程序自动配筋改为人工（手工）配筋，一般情况下人工（手工）配筋要比商业软件节约钢筋8%～15%。

（2）对拟建场地类别确定是否恰当，因为场地类别相差一类（如Ⅱ类场地与Ⅲ类场地），结构水平内力相差20%～30%。

（3）对梁、板跨中弯矩增加系数的取值是否合适？一般情况不增加（即增加系数取1）。

（4）风荷载取值关注地面粗糙度的取值，分A、B、C、D、四类。各不同类取值风压高度变化系数可能差50%以上。

（5）对结构计算结果的位移比、刚度比、层间受剪承载力之比、周期比、刚重比、剪重比、轴压比等七大指标控制是否恰到好处，《抗规》、《高规》、《砼规》、《地基规》、《桩基规》，等规范的优惠“政策”是否用足。

（6）柱、墙的轴压比是否考虑了钢筋的贡献。

（7）上机电算之前的荷截是否做到了精打细算。

（8）上部结构的嵌固部位是否在地下室顶板。

2、基础部分优化

（1）根据《岩土工程勘察报告》揭示（钻孔柱状图ZK8、ZK9、ZK22ZK24）有的桩端持有力层（④中风化玄武岩）空间位置<6m。凡桩长6m的按深基础（墩）设计，承载力按《建筑地基基础设计规范》§5.2.4，公式（5.2.4）确定。（考虑修正）

（2）根据④层土的岩性又根据《桩规》JG94-2008，§3.3.3-6桩端入岩深度由原设计1m减小到0.2d且+0.2m且不小于0.2m即可。

（3）依据《桩规》JGJ94-2008，§4.1.1-1，桩身纵筋配筋率偏大，减小至0.2～0.25%。因桩身受拉应力分布是上大下小，因此纵筋可截断一半，另一半通长。

（4）约有70根一柱一桩建议取消单桩承台，改设暗承台，桩柱直接联系。有剪力墙或柱截面大于桩顶截面，桩顶无法包络墙肢或柱底时，可设倒伞形牛腿，柱底N（纵向力）直接传给桩，H（桩底弯矩）由地基梁平衡，此举可考虑桩插筋的贡献，比设单桩承台节约。

（5）承台厚度应按冲切验算确定。核心筒下组合承台厚度取1.5-1.6m之间（桩冲），组合承台配筋率应取0.15%即可。面筋以擋水板的板面筋代替。

（6）地下室底板按抗水板设计，按双向板考虑（L短/50）取板厚250即可，按0.15%配筋，即 12@200（双层双向）;（注3有地面荷载的设备用房另外按塑性板计算，不考虑延性，地下水位很低，水池按弹性计算）

（7）地梁一般情况下按刚度取值，载面高度（h）取L20-L/15，宽度取L35-L25。（注4：L为柱距）。柱距分别为8.9m（x向）、9.5m（y向），载面取500X300（x向）、550X350。配筋按拉杆计算，拉力取柱底纵向力N×10%

图纸为bXh=800X500，上下各5 25（配筋率0.65%），偏大。

3、地上部分优化

（1）建议对纯地下室（单层独建式地下室）结构进行优化。

施工图中地下室顶板厚度h=200mm，配 10@150双层双向，

率配筋u=0.33%，

柱截面hXb=600X600mm，

配纵筋4   20+8   18（As=32.88cm2）

配筋率μ=0.913%，

梁hXb=600X800mm，

面箍15   25，As=73.6cm2，

配筋率μ=1.6%

底筋12   25，As=58.875cm2，

配筋率μ=1.238%，指标很大。只要对荷载精打细算，构造合理，对梁、板、柱都有较大的优化空间。

（2）对梁面通长钢筋用2   14与梁面负弯矩钢筋驳接（一级抗震），不必用负筋通长，以此达到节约钢筋的目的。

（3）减小柱、墙截面，以优化轴压比入手，几代规范特别是最新的《抗规》GB50011-2010第6.3.6条表6.36和《高规》JGJ3-2010第6.4.2第表6.4.2都将轴压比定位在非强制条文上，用词是“宜”，设计人应该吃透条文的真实含义，千万不能将原本非强制性的条文作为“强制性条文”来生搬硬套。经优化后柱、墙截面可以减小12-18%。

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4.2建筑低碳设计

4.2.1围护结构

围护结构设计必须要能够满足低碳理念的应用原则，围护结构是指建筑的墙体，可以起到保温隔热作用。建筑墙体设计中首要考虑结构的隔热性能，避免室内空气流出或外部空气进入（关窗情况下）[3]。所以要采用优良的保温工艺、隔热材料，同时做好内外强设计工作。为了提高内部空间利用率，设计中要以外保温为主，采用节能环保墙体建材，发挥隔热效益。在墙体结构设计中还可以采用绿化设计方案，如外墙垂直绿化设计，可以让攀附类植物覆盖在墙体上，形成墙体绿化带，可以进一步加强夏季的隔热作用，还可以起到小区绿化功能，调节建筑周边的“小环境”，减少空调、加湿器等产品使用量。

4.2.2门窗

门窗是主要的空气渗漏部位，门窗要比墙体更薄一些，更容易形成冷热温度传导，再加上群众更加细化落地大窗，加剧了需求性、审美性之间的矛盾。理论上缩小窗口面积可以更好的起到保温隔热作用，但与市场需求相矛盾，所以还要从加强门窗隔热保温性方面出发。为了减少能源损耗量，门窗尽可能选择双层真空塑钢窗，这是由于塑钢材料相比铝合金材料热导性差，可以减少室内温度流失量，双层真空玻璃也是相同原理，能更好的起到保温隔热作用[4]。当然，随着建材生产工艺的发展，近些年我国还提出了惰性气体双层门窗（需要使用高密封材料）、镀膜防辐射玻璃等。

4.2.3照明系统设计

照明系统主要是公共照明系统设计，新建工程都是采用声光感应照明系统，但受到人为因素、自然因素影响，如房间内声音过大可能会造成灯具长期开启，所以要保证墙体、房门的隔音性，并采用节能LED灯具。同时，随着太阳能技术的成熟，可以在房屋顶部设置太阳能电池组，专门負责公共场所灯具供电。光照系统负载小，当今的太阳能技术可以有效应用。

结语：

综上所述，低碳理念下，建筑设计必须要提高资源、能源利用率，减少环境污染问题，最大程度上缓解工程建设与生态之间的矛盾。因此，在建筑设计中，要贯彻低碳理念，做好建筑群宏观布局以及微观掌控，这样才能够减少建筑碳排放，实现绿色建筑的生产目标。

参考文献：

[1]陈丽城.关于低碳理念在建筑设计中的体现探讨[J].建筑工程技术与设计，2016，（26）：438-439.

[2]陈俊羽.低碳理念在建筑设计中的体现研究[J].科技风，2013（02）：178-179.

[3]赵晓敏，高艳.低碳理念在建筑设计中的体现研究[J].工程技术：引文版，2016（10）：248-249.

[4]崔志远，庄烁.低碳理念在建筑设计中的体现研究[J].建筑工程技术与设计，2018，（08）：93-94.