建筑结构体系优化浅谈

邱凯

【摘要】根据多年设计经验，从结构体系的角度对结构优化作一个分析研究。

【关键词】钢筋混凝土结构优化、结构体系、结构模型及计算软件、楼盖水平受力构件、竖向受力构件、地基基础

随着建筑行业整体技术水平的提高及结构软件普及应用，现在对结构设计提出了更高要求，既要满足结构的功能要求，也要减少造价、节约成本，则概念设计及结构体系优化是摆在设计人员面前很现实的课题。

一、整体概念设计

要优化结构体系，首先需要进行概念设计，概念设计应是贯穿方案、初设、施工图各个阶段，特别在方案阶段往往忽视这一个方面，其它设计专业对结构布置也不够重视，也很少同结构人员进行沟通。作为结构专业本身来说，方案阶段不是写一段结构设计说明，替建筑专业布置了柱等竖向构件就完事，而应该从结构的规则性上去考虑建筑的平面及竖向布置，预先对结构的合理性作出判断。

二、竖向受力构件

工程项目需要各不同专业协调合作，其它专业对结构体系有较大的影响，设计优化不能单独考虑结构一个专业。比如图一为某33层住宅结构标准层平面，结构体系为剪力墙结构，结构进行优化对比，优化前后的结构计算参数见表一。

图一 某住宅标准层墙肢布置优化

该项目建筑专业要求主卧入口楼面不露梁，为不破坏立面造型，外立面也不能拉梁外露。由此引起结构出现异形板，部分墙肢布置加长加多且布置较困难，增加了相应成本，结构体系也达不到最优。

三、楼盖水平受力构件

1. 对于地下车库顶及相似的楼盖体系，除了常用的主次梁板结构体系，也可采用空心楼盖体系，或者采用大板加腋楼盖体系，下面就以5×5跨且跨度均为8.1m的地下结构为例，恒载考虑1.5m覆土，活载按4.0KN/m2，抗震等级为三级。计算软件采用YJK1.6.3进行计算。各楼盖体系基本数据及材料用量对比见下表二。

三种楼盖结构进行对比可知，空心楼盖最优，其混凝土用量及钢筋用量最少，还可减小车库层高。其次大板加腋楼盖较优，能减小车库高度以方便管线布置。经济性及适用性最差的为普通楼盖。

在对比中还发现，使用高强钢筋能节约材料。如地下车库等楼面荷载较大，梁板跨度较大时，梁板纵筋采用高强钢筋比如HRB500级更省。值得注意的是，由于现阶段规范对挠度及裂缝有较高的要求，对于楼面荷载较小，梁板跨度较小的楼盖采用高强钢筋并不经济。

2. 在底框砌体结构设计中，运用PKPM计算软件对底框框架层托梁计算时，存在一个误区，往往设计人员将底框托梁定义为转换梁，柱定义为框支柱。在SATWE说明书中已明确指出转换梁定义是针对部分框支剪力墙结构中托墙转换梁（框支梁）和筒体结构的托柱转换梁，转换柱也一样。另据抗规7.5.6条用7.5.8條，其底框柱仍为框架柱，其梁是托墙梁，且结构体系也不同。按此定义后就人为的加大其抗震措施和计算结果，对项目的经济性产生较大的影响。

底框砌体结构框架层托墙梁纵筋配置，据底部框架-抗震墙砌体房屋抗震技术规程（JGJ248-2012）5.5.16条，其纵筋配置的抗震构造措施严于普通框架梁，弱于框支转换梁，具体是顶部通长筋不少于2根18，且不小于底部筋的1/3，按此设计既能满足设计规范要求，也能消除不必要的浪费。

四、地基基础

在计算地下车库基础时，消防车活荷载是可以不考虑，这个对基础影响较大，故我们在提取JCCAD最大竖向力标准值时，应扣除消防车活荷载。

五、结语

结构体系优化涉及范围较广，这里只对设计中遇到的一些问题作了分析，消除了某些设计误区。对空心楼盖、大板加腋楼盖从经济角度作了简单分析，但对新工艺的运用能起到一定的指导作用。