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2007年第5期
总第107期
福 建 建 筑
Fujian Architecture＆ Construction
No5 ·2007
Vol·107
多层及小高层住宅结构优化设计实例
陈之莹
(厦门市建筑设计院有限公司 厦门361012)
摘要：本文结合工程实际，重点从工程经济造价的角度出发，对结构设计中合理的计算假定、基础设计、构造措施等几方面进行，了详细的论述，阐述了在保证结构安全性的前提下，如何优化设计，降低工程造价为此类建筑的优化设计提供
参考。
关键词：工程造价优化设计合理的计算假定基础设计 构造措施
中图分类号：Tu972 ．9 文献标识码：A 文章编号：1004—6135{2007}05—0033—02
Efect to the compute results in diferent site da of H and III
Chen Zhiying
(Xiamen Institute of Architectural Design Co．LTD。Xiamen．36101 2)
Abstract：Combining with actual project，the appropriate calculational aumption，base design and constructiona1 measure of structuml
design are discued detailedly，and the priority view is focus on construction cost
．On the prerequisite of ensuring structure s tv
it is
．，presented how to optimize design and reduce construction cost
The optimized methods in this paper are practicable for similar Drojects．
Keywords：construction cost optimized design appropriate calculational aumption base design constructiona1 n1easure 1 前言
这几年随着国民经济的蓬勃发展，建筑产业也迅猛发展。
由于土地资源有限，土地价格一再上涨，对于量多面广的住宅
项目，如何在保证结构安全性的前提下，最大限度地降低工程
造价，成为结构工程师必须思考的问题。结构设计中影响经济指标的几大要点
(1)结构选型是关健，合理的结构体系对结构的可靠性
与经济性影响重大。
(2)在多层及小高层住宅项目中，基础的造价在整个工
程造价中占了很大比重，因此在满足设计规范的前提下如何
优化基础设计，降低基础的造价，则是设计人员应进一步思考的重点。
(3)建筑材料的合理选用与合理的构造措施，是保证结
构的安全性与经济性的重要手段。工程实例 ．
3．1 工程概况
“家·天下”F组团位于福州市五四北秀山中学西北侧，北侧为满洋路，南侧为规划路，东侧为小区道路，西侧为秀坂 路，总建筑面积：67，739 m，共十四幢七一十一层框架结构住 宅。本工程为丙类建筑，工程的结构安全等级为二级，基础采 用高强预应力混凝土管桩，抗震设防烈度为七度，设计基本地
震加速度值为0．10g，II类场地，建筑基本风压值为0．7KN／m。框架结构的抗震等级为二、三级。典型平面如图一所示。
3．2 优化设计
3．2．1 合理的计算假定
优化设计的重点，首先是合理的结构布置，控制合理的结 构位移，避免不必要的浪费。结构设计采用PKPM 系列的SATWE程序。框架结构在水平力作用下的变形曲线为剪切
形，若底层计算高度过大，由于底层与第二层楼层刚度相差悬 殊，引起底层梁、柱断面加大，吸收的地震力加大，梁、柱配筋 加大，增加造价。1#一7#楼小高层住宅为了降低底层的计算 高度，采用加强刚性地坪，基础梁浅埋并设为地下一层(基础 梁面抬高，梁底与承台面交接100 mm，基础梁面至承台底的 ＼二 ＼ 弋!＼ 语 碗、-、、图一标准层平面图
高度为地下一层的计算高度)，基础梁做为上部结构的嵌固 端带人整体计算的方法(设计对承台底面及侧面的回填土要 求密实度t>0．94，电算时回填土对地下室的约束相对刚度比 取2)，降低了上部结构底层的计算高度，避免了因底层高度 过大形成薄弱层，与第二层楼层刚度相差悬殊带来的底层梁、柱配筋过大的后果，又可减少传至基础顶的柱底弯矩及水平 力，减少桩数。现以6#楼(1l层建筑)为例，将上部结构底层 计算高度不同对经济性的影响列于表1：
表1 底层计算高度不同时上部结构材料用量的比较
Ⅱ类场地 比较结果
比较项目 原计算 底层计算 相差 相差
高度 高度减小后 百分比 绝对值
折算板厚(m)0．235 O．227 3．4％ o．0o8
板(Kg／m)4．235 4．235 O O
含 梁(Kg／m)l7．203 16．934 1．56％ O．27
钢
量 柱(Kg／m)l0．393 9．725 6．43％ O．67
合计 3l、83l 30．894 2．94％ 0．94
(注：本表为造价分析软件理论计算结果)
从上表可看出，当该工程上部结构底层计算高度减小后，折算板厚比原设计减少0．O08m(占3．4％)；用钢量约比原设 维普资讯 http://
2007年第5期总第107期 陈之莹·多层及小高层住宅结构优化设计实例 ·34· 计减少0．94Kg／m(占2．94％)。
3．2．2 基础设计优化
该工程场地的岩土层从上往下可分为8层，依次为：① 一
1杂填土；① 一2耕填土；②粉质粘土；② 一1碎石；② 一2淤泥 质土(仅个别钻孔存在)；② 一3粗砂；③ 碎石；③ 一1粉质粘 土；④粉质粘土；⑤ 残积砂质粘性土；⑥ 全风化花岗岩；⑦ 砂 土状强风化花岗岩；⑧ 碎块状强风化花岗岩。根据场地地质 情况及该工程性质，结合福州当地的经验，该工程基础选用桩 基，以⑥ 全风化花岗岩或⑦ 砂土状强风化花岗岩为桩基础 持力层，采用高强预应力混凝土管桩。该桩型在福建省使用 已很普遍，施工经验较丰富，桩身质量可靠、稳定，施工速度 快，可缩短基础的施工工期，该桩型承载力较高，桩数少，造价 低，较经济。对桩基进行竖向承载力计算确定桩数时，根据柱 底轴力，分别采用PHC400—95一A型管桩(单桩竖向承载力 设计值取1700KN)及PHC500—100一A型管桩(单桩竖向承 载力设计值取2300KN)进行分析。当时福州地区市场价格 为PHC_AO0—95一A型管桩每米68元，PHC500—100一A型管 桩每米95元。以2#楼(11层建筑)为例，柱底轴力为1600KN 一5100KN，总的柱底轴力为28777lKN，平均桩长为23．4m。
将采用不同直径的高强预应力混凝土管桩的经济性比较列于 表2：
表2 采用不同直径的高强预应力混凝土管桩的比较
(注：本表价格为当时市场价)
从上表可看出，按每吨柱底内力计算，采用两种直径的桩 型共用(在同一承台下采用同一直径的桩，不同承台下可采 用不同直径的桩)，降低了基础的造价(与仅采用单一桩径时 减少9．44％ ～17．18％)，同时又减少了桩数，加快了施工进 度。
在对桩基进行水平承载力验算时，鉴于该工程地质状况
较好，地表下无淤泥且拟建建筑物室内地面下即为粉质粘土 层，设计对承台底面及侧面的回填土要求密实度>10．94，加强 承台间基础粱的刚度，在对桩基进行水平承载力验算时，考虑 承台侧土的抗力作用，相应减少桩数，降低了基础的造价。．
3．3 构造措施
3．3．1 根据建筑平面布置及层高要求该工程采用小柱网。由于柱距不大，框架梁在支座及跨中所受弯矩及配筋量均不 大，而受弯构件在正截面承载力作用下其配筋主要受梁截面 高度控制，截面宽度对之影响甚小。故在外墙及分户墙处的 框架粱梁宽由250mm改为200mm，梁实配钢筋无大改动，但 混凝土用量可减少且便于室内装修布置，提升该小区楼盘的 品质。
3．3．2 作为住宅建筑，根据建筑墙体布置及柱网结构平面梁 系布置，除了客厅为大板块，板筋按计算配筋控制外，其余大 都为小跨度楼板，板筋以构造配筋为主，框架梁配筋亦不大。根据混凝土结构设计规范(GB50010—2002)第9．5．1条，受 弯构件、偏心受拉构件和轴心受拉构件最小配筋率随混凝土 强度等级的提高而相应增大，随钢筋受拉强度的提高而降低。
C20混凝土的市场价格比C25混凝土每立方米少20 元，因此 在多层框架结构中，除基础梁及屋面外，其余楼层的梁、板采 用(220混凝土，可以更经济，同时板筋的最小配筋率由 0．27％减少为0．24％(楼板钢筋选用I级钢)。根据混凝土 结构设计规范(GB50010—2002)第3．4．1条及3．4．2条，根 据混凝土耐久性设计的基本原则，基础梁及屋面梁、板混凝土 所处的环境类别为二a类，所以混凝土强度等级仍取C25。
在小高层框架结构中，框架梁配筋以地震力作用控制为主，混 凝土强度等级仍按C25设计。
3．3．3 为了满足建筑的使用功能，在保证结构合理性的情况 下尽量采用减小柱断面，减少了上部结构刚度，同时降低了地 震力作用，减少了用钢量。但是为了做到“强柱弱梁”保证框 架结构的延性，为了满足混凝土结构设计规范(GB50010—
2002)第6．3．7条规定的框架柱的轴压比限值的要求，框架柱 的凝土强度等级仍取不低于C25。
3．3．4 梁配筋以计算配筋为主，本工程梁主筋采用Ⅲ级钢，当时Ⅲ级钢的市场价格比Ⅱ级钢的市场价格每吨多200元，梁主筋采用Ⅲ级钢比采用Ⅱ级钢减少5元／m。框架柱配筋 以构造为主，若采用Ⅲ级钢反而会增加造价，所以框架柱配筋 采用Ⅱ级钢。1#～4#楼人防地下室顶板覆土平均厚度为700 厚，且有消防车道，荷载大，在正常使用状态下及考虑人防荷 载组合时计算配筋均很大，故板筋采用Ⅱ级钢。
3．3．5 地下室层高3．9m，底板厚为400mm。外墙、人防墙及 消防水池侧壁的墙体在水平荷载作用下墙体计算配筋较大，通长全高配置则含钢量较大。根据墙体计算原理，当以地下 室底板做上部结构嵌固端，墙顶按铰结支座计算时，靠近底板 支座处配筋最大，反弯点在近支座1／3处，故采用分离式配 筋，即计算竖向配筋配至墙高的1／3处，其余采用构造配筋，可降低地下室的含钢量。结论
在目前大兴土木、设计进度紧急的情况环境下，结构优化 设计大有可为。结构优化设计不能以降低安全度为代价，应 该是更为合理的结构布置、更为理想的计算假定、更为细致的 构造措施。一个工程项目为了争取最大的经济效益与社会效 益，除了在前期及方案阶段做好总体设计及规划，在施工图结 段应做好优化设计，结构设计既要保证安全性、符合现行的规 范规程，也应多从业主及客户的角度着想，进行合理的优化设 计，降低造价，在施工阶段也应注重项目管理，防止施工失误 带来不必要的损失。
致谢：感谢我司肖伟总工、杨玛莎副总工及福建沃野房地 产有限公司卢榕庄总工的大力支持。
参考文献
1．中国建筑科学研究院PKPM系列，多层与高层建筑结 构空间有限元分析与设计软件SATWE．2005
2．中国建筑科学研究院PKPM系列，概预算软件STAT
3．福建沃野房地产有限公司的《家．天下二期F组团建 筑安装工程预算书》
4．建筑抗震设计规范(GB5001 1—2001)
5．高层建筑混凝土结构技术规程(JGJ3—2002)
6．混凝土结构设计规范(GB50010—2002)
作者简历
陈之莹：女，1972年3月出生，本科，工程师，一级注册结 构工程师，结构专业
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