高层住宅结构优化设计若干问题的讨论

1、高层住宅结构优化设计高层住宅结构优化设计若干问题的讨论若干问题的讨论钢筋混凝土结构优化设计的内容1.合理的结构选型（结构体系、基础型式）2.合理的结构布置（构件传力简洁）3.合适的结构计算软件4.正确的结构计算参数（力学模型符合工程实际）5.基于正确的力学概念分析（计算结果的判断）6.合理的构件尺寸7.合理的材料强度8.8.对应于构件受力状况、变形的配筋（好钢用在刀刃上）对应于构件受力状况、变形的配筋（好钢用在刀刃上）一限额设计二几种常见的结构体型及各自的特点三构件配筋的优化四对“结构优化设计”的困惑与思考讨论的基本内容一限额设计u 优点、特点：1.节约成本，利益最大化；2.结构设计更合理（好

2、钢用在刀刃上）；3.开发商经过大量实际工程的统计；4.开发商衡量设计部门满意度的内容。u 缺点：1.降低结构安全度；2.误导形成“结构安全满足规范”的欠严谨思维；3.偏离“以人为本”的普世价值观。4.“泥菩萨”和西方教堂。某工程设计合同的限额设计内容：（7度区）几栋高层建筑含钢量介绍几栋高层住宅含钢量参考几栋高层住宅含钢量参考7度（0.1g）100m，广州番禺4550kg/m27度（0.1g）138m，广州佛山6070kg/m27度（0.1g）100m，沈阳3540kg/m26度（0.05g）100m，东莞3540kg/m2二几种常见的结构体型及各自的特点结构特点：1.体型规则对称；2.平面长

3、宽比合适，丰满连续；3.X、Y两向剪力墙长度难均匀，转角窗。（住宅结构设计常见）优化设计：1.剪力墙尽量拉长（ 8m）布置；江苏溧阳某项目（7度100m，管桩筏基）振型：平，平，扭二几种常见的结构体型及各自的特点“贤妻良母型贤妻良母型”结构特点：1.体型规则对称；2.平面长宽比合适，丰满连续；3.X、Y两向剪力墙长度难均匀。（住宅结构设计常见）优化设计：1.剪力墙尽量拉长（ 8m）布置；沈阳某项目（7度100m，CFGS桩筏基）振型：平，平，扭二几种常见的结构体型及各自的特点“时尚美女型时尚美女型”结构特点：1.体型不规则；2.平面凹凸不规则（蜂腰）；3.X、Y两向剪力墙长度难均匀，一字墙。（

4、住宅结构设计常见）优化设计：1.核心筒完整，外侧壁加厚；2.外侧剪力墙尽量加长布置；增抗扭刚度。韶关某项目（6度100m，CFG桩筏基）振型：平，平，扭二几种常见的结构体型及各自的特点“时尚美女型时尚美女型”结构特点：1.体型不规则；2.平面凹凸不规则（蜂腰）；3.X、Y两向剪力墙长度难均匀，一字墙。（住宅结构设计常见）优化设计：1.核心筒完整，外侧壁加厚；2.外侧剪力墙尽量加长布置；增抗扭刚度。广州番禺某项目（7度100m，管桩筏基）振型：平，平，扭二几种常见的结构体型及各自的特点“时尚超女型时尚超女型”佛山某项目（7度147m，钻、冲孔桩）振型：平，平，扭结构特点：1.高度超限；2.体型规

5、则对称；3.X、Y两向剪力墙长度难均匀，一字墙。（住宅结构设计常见）优化设计：1.核心筒完整，外侧壁加厚；2.剪力墙尽量布置。二几种常见的结构体型及各自的特点“时尚超女型时尚超女型”结构特点：1.高度超限；2.体型规则对称；3.X、Y两向剪力墙长度难均匀，一字墙。（住宅结构设计常见）优化设计：1.核心筒完整，外侧壁加厚；2.剪力墙尽量布置；3.端部尽量设端柱。珠海某项目（7度140m，钻、冲孔桩）振型：平，平，扭二几种常见的结构体型及各自的特点“我的野蛮女友我的野蛮女友”结构特点：1.体型不规则；2.平面凹凸不规则（蜂腰）；3.X、Y两向剪力墙长度难均匀，一字墙。（住宅结构设计常见）优化设计：

6、1.核心筒完整，外侧壁加厚；2.外侧剪力墙尽量加长布置；增抗扭刚度；3.蜂腰处设加强板；4.增加斜交方向的地震计算。广州南沙某项目（7度100m，管桩筏基）振型：平，扭，平（注意第一振型扭转分量的控制）三构件配筋的优化1. 梁配筋2. 板配筋3. 剪力墙配筋4. 特殊构件配筋面积差是直径的平方差三构件配筋的优化7 7度区，高度度区，高度100m100m剪力墙结构住宅钢筋参考含量剪力墙结构住宅钢筋参考含量剪力墙16%边缘构件27%梁35%板16%其它（楼梯、大样、构造柱等）6%1. 梁配筋 主框架梁箍筋用级钢等强度代换计算用的级钢，可减小箍筋直径；箍筋算例箍筋算例计算值As级钢实配级钢等强代换级

7、钢级钢实配65010100 As=785270/360=0.75，0.75650487.58100 As=503487.5备注1. 切记前提是满足规范要求（抗震等级，直径、间距）；2. 可节省（785487.5）/785=37.9%的箍筋。1.梁配筋 梁纵向拉通面钢筋可采用端部大直径、跨中小直径连通，采用焊接连接；如果采用搭接，将会增加附加横向钢筋；详见混凝土结构设计规范8.4.6条、8.3.1条，国家建设标准设计图集11G101-1的P54。1. 梁配筋 对高度800的次梁，构造箍筋可采用6200；注意当梁高300时，箍筋间距需要验算其承受的剪力。（混凝土结构设计规范表9.2.9） 混凝土结

8、构设计规范9.2.6条2款：架立钢筋，当梁跨度小于4m时，直径不宜小于8mm；当梁跨度为4m 6m，直径不宜小于10mm；当梁跨度大于6m时，直径不宜小于12mm。时取；时取2007 . 01507 . 000bhfVbhfVtt1. 梁配筋 高规6.3.2条表6.3.22，注2：一、二级抗震等级框架梁，当箍筋直径 大于12mm、肢数不少于4肢且肢距不大于150mm时，箍筋加密区最大间距应允许适当放松，但不应大于150mm。2.板配筋2.1混凝土结构设计规范8.5.1条注2：板类受弯构件（不包括悬臂板）中的受拉钢筋，当采用400MPa、500MPa钢筋时，其最小配筋率应允许采用0.15和45f

9、t/fy中的较大值。例如：C25混凝土，400MPa钢筋， 45ft/fy=45 1.27/3600.158，可按0.158%的配筋率设计。当板厚h=100时，配6180 ，配筋率为0.157%，As=157mm2/m；如配8200， As=251mm2/m ，可节省37%的钢筋。注意：1.对板面构造钢筋意义不大，详见混凝土结构设计规范8.5.1条1款；（构造要求最小配筋为8200 ）2.使用范围狭窄，仅可以用6钢筋，对板厚h=100、120的楼板的底筋进行代换，当板厚较大时没价值。2.板配筋 2.2全国民用建筑工程设计技术措施结构（混凝土结构性）2009 3.2.7条：四周与梁整体连接的板（

10、无梁楼盖除外），按弹性计算所得的弯矩数值，可根据下列情况予以减少： 1.中间跨的跨中截面及中间支座截面可减少20%； 2.边跨的跨中截面及从楼板边缘算起的第二支座截面： 当Lb/L1.5时可减少20%； 当1.5 Lb/L 2时可减少10%； 式中：L垂直于楼板边缘方向的计算跨度； Lb沿楼板楼板边缘方向的计算跨度； 3.角区格不应减少。3. 剪力墙配筋3.1 约束边缘构件优化设计： 采用墙体水平分布钢筋兼作约束边缘构件的箍筋；有两个前提：a. 符合构造要求；（国家建设标准设计图集11G101-1的P72 ）b. 不应大于总体积配箍率的30%。 箍筋、拉筋采用级钢，减小体积配箍率； 尽量不采用

11、短肢剪力墙。3. 剪力墙配筋3.2 约束边缘构件优化设计步骤： 根据轴压比区分可不设约束边缘构件的剪力墙；（高规表7.2.14） 计算最小体积配箍率； 以最小体积配箍率为标准进行配筋，尽量靠近最小体积配箍率。（工作量大，需要多次多方面的组合。）yvcvvff3. 剪力墙配筋国家建设标准设计图集11G101-1的P72YJZ6大样3. 剪力墙配筋3.3 约束边缘构件设计的问题： 高规表7.2.16中竖向钢筋最小直径的问题；u 是面积控还是直径控？还是双控？如616（As=1206）是否可以改为814（As=1232）？ 高规7.2.15条1款，“计入的水平分布筋的体积配箍率不应大于总体积配箍率的

12、30%”。u “总体积配箍率”到底是最小体积体积配箍率还是实配钢筋的体积配箍率？（另外加设的箍筋及拉筋的体积配箍率不应小于最小体积配箍率的70% ）4. 特殊构件配筋4.1 结构中次要的受弯构件（建筑装饰构件、 屋顶花架、门窗压顶等），当截面大，内力小时，可采用“临界截面配筋率”；（混凝土结构设计规范8.5.3条”）4.2 地下室侧壁楼层处的暗梁，一般不用设置；与侧壁联成一体的柱，箍筋可以简化；4.3 地下室部分；均可采用无梁楼盖；（详院高层住宅结构设计统一技术措施）4.4 地下室抗拨锚杆设计。4.4 地下室抗拨锚杆设计4.4.1 常用锚杆资料：u 锚杆间距一般1.5m2m；u 孔径有150和

13、200两种；u 钢筋形式3（4）25 32；u 150承载力一般为300 400kN；造价约190 200元/m； u 200承载力一般为450 550kN；造价约280 300元/m；u 持力层为中、微风化岩层，入岩深度宜3 8m；4.4 地下室抗拨锚杆设计4.4.2 设计步骤和原则： 满足结构整体抗浮； 可采用抗拨锚杆抵消水压力，建议抵消80%； 锚杆布置在板范围内，柱位范围不需要设置； 底板按构造配筋；4.4 地下室抗拨锚杆设计4.4.3 抗拨锚杆方案设计实例（广州金融城项目） ：四层地下室，底板厚度8001000mm，锚杆直径 150。4.4.3 抗拨锚杆方案设计实例（广州金融城项目）

14、： 底板厚度（mm）水浮力（kN/m2）底板中部锚杆承载率锚杆间距标准柱距内锚杆数量锚杆抗拔承载力Rta（kN）底板拉通配筋附加短筋入岩深度（m）锚筋800149109%168016801646018150无中：7m微：5m332或428900147.5108%450201501000146109%45020150注：1.水浮力已扣除底板自重； 2.底板配筋按最小配筋率0.2%控制。钢筋优化设计的其它方法1. 结构标准层平面应根据实际配筋情况，减少归并值，如两个建筑层为一个结构层；极致值是“建筑层结构层”；2. 避免采用短肢剪力墙；3. 楼板面筋布置长度不要太随意；短跨板可根据实际设断开面筋，

15、不要随意通长；4. 尽量采用高强度钢筋，特别是竖向构件；5. 梁、柱箍筋间距在满足计算、构造前提下，可采用灵活值，如120、130 180。四对“结构优化设计” 的困惑与思考u 肯定观点：1. 结构设计已有一定的安全储备（荷载、材料的分项系数，内力增大系数等）；2. 地震、偶然荷载（爆炸）未必发生在自己的有生之年；3. 只要满足现行规范，不会发生重大事故；也可以免责。u 疑问观点：1. 结构设计规范的角色；是结构设计安全的充分必要条件？2. 走向极端的“优化设计”是否会导致结构安全度的降低？3. 优质房地产建筑是否应加上“结构设计安全度高于现行规范”作为卖点？“结构设计规范结构设计规范”与结构

16、工程师的职责：与结构工程师的职责：1. 美国规范“ACI 318”1.1.1This code provides minimum minimum requirements requirements for design and construction of structure con-crete elements of any structure erected under requirements of the legally adopted general building code of which this code forms a part in areas without a l

17、egally adopted building code, this code defines this code defines minimum acceptable standard of design and construction practice.minimum acceptable standard of design and construction practice.2. 在英国的规范和标准中都有唯一用黑体字的告示：“遵守英国规范本遵守英国规范本身，并不意味给予豁免法律责任身，并不意味给予豁免法律责任”，即使完全按规范来设计，出了工程事故也不能逃脱法律责任。3. 在2000年的中国土木工程学会第9届年会上，关于规范和工程师职责的共识：工程师在进行结构安全控制时，应遵循规范的指导。但规范但规范不可能取代设计人员所必需的理论知识、经验和判断力。设计人员必不可能取代设计人员所必需的理论知识、经验和判断力。设计人员必须自己承担设计的全部责任，针对不同的设计对象、环境