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规划设计 建筑建材装饰 115 高层结构设计中的分阶段优化措施 杨宏超 （湖北建科国际工程有限公司，湖北黄石 435000） 摘要： 在高层建筑的结构设计中,钢混凝土结构内容的关键是控制工程建设成本。 高层建筑的结构设计,可以扩大初步设计阶段, 结构模型计算和施工图设计阶段,分别进行优化设计,以降低钢的内容,以便更有效地达到控制成本的目的,提高工程的效率。 关键词：高层结构；设计；分阶段优化 中图分类号：TU973 文献标识码：A 文章编号：16743024（2016）1711502 前言 随着社会经济的发展,高层建筑的建设在全国各地的数量 日益增加,结构大多采用钢筋混凝土框架剪力墙结构。今天是 “节约型社会”,建筑节能已成为全社会的共识,因此,建筑结构 的优化设计,降低成本更广泛的受到行业的重视和关注。 1 高层建筑结构设计的原则 1.1 适用性 高层建筑结构设计的适用原则是指，将建筑设计时设定的 有效使用年限作为依据，使该建筑采用的设计结构在设定好使 用年限内出现的变形、裂缝和沉降等各项指标的变化幅度始终 被控制在允许区间和安全范围内，以保证建筑的各项性能正常 发挥，为住户正常使用建筑提供设计保障。 1.2 安全性 高层建筑结构设计的安全原则是指，以建筑设计时的有效 使用年限作为依据，使建筑结构在设定年限内对内部和外部的 荷载承受能力始终在安个范围内，即使遭遇突发性的破坏，也 能最大程度上保持结构稳定， 避免结构大范围损坏的现象发生。 1.3 耐久性 高层建筑结构设计的耐久性原则是指，建筑结构设计必须 在预设使用年限期间长期有效地维持结构的各项性能指标都在 安全范围内，如，随着时间推移，混凝土结构中的钢筋保护层 要维持一定的厚度，不能过于薄弱，以有效避免钢筋因暴露于 潮湿空气中而发生锈蚀。 1.4 可靠性 高层建筑结构设计的可靠性原则是指，建筑结构设计要在 设计基准期和建筑使用年限内充分满足安全、稳定、刚度、动 力和耐久性等各项性能要求的基础上，即便超过设计基准期， 在各项性能指标出现不同幅度降低的情况下，仍能维持建筑的 正常使用工程。 2 高层结构设计中的分阶段优化措施 2.1 扩初阶段的优化设计 结构布置合理是建筑物造价经济的基础， 扩初阶段的结构 优化设计往往可以收到事半功倍的效果。 2.1.1 优化平面布局 控制平面度结构布局规则,横向荷载（地震、风荷载）作用 下的结构内力较小,钢筋组件数量少。 （1） 减少表面凹凸。平面凹凸很少,则平面布局需要墙体 面积小,而剪力墙对于钢的使用数量自然很低。 （2） 减小长宽比。平面长度与宽度之比达到 5 6,则建 筑物两大轴方向上的动态性能差异较大,在横向荷载下,薄在狭 窄的侧向分力抗侧刚度较大,总体来看与长宽比接近1的建筑物 相比其含钢量要高。 2.1.2 控制竖向规则程度 结构的垂直布局规则下的横向荷载下组件所受内力较小, 规律性差的建筑结构同时增加应力不利位置的组件钢筋。垂直 度的控制规则的措施包括减少比率,避免薄弱层,避免转换。 2.1.3 优选主楼基础形式 高层住宅的基础成本占总成本的20% 25%,基础类型的 正确选择、 合理布置将会降低成本。对于层数不超过 12 层的小 高层住宅,如良好的粘性土或砂土承载力底土基底层,考虑使用 CFG 桩复合地基。 超过 12 层通常采用高层建筑桩筏地基或桩基 承台。采用桩时,需要进行桩类型、桩径、桩长方案技术经济比 较。不同的地质可以选择不同的桩型,单桩设计承载力的尽可能 接近桩身结构强度。尽量减少减少一柱一桩,将桩布局在墙下, 这样直接传递上部荷载给桩,桩帽的厚度可适当降低。筏板基础 应该适当的出挑,一般相对长度 0.5 2 米,底梁将梁暴露的地 方。 剪力墙布置间距或者把许多小墙肢不一致,我们建议,桩筏基 础如果选择桩基承台的需要大量的承台梁、承台梁和箍筋用量 非常大。 2.1.4 地库选型和抗浮设计 许多高层建筑地下车库周围,有些人仍有双层库。梁楼板荷 载传递路径清晰,具有良好的机械性能,和上面的地下室顶板景 观布局和防火线负载有很大的不确定性,所以地下室顶板梁板 地板还是推荐双无梁楼盖。 双层地库的中间层楼板建议采用 “无 梁楼盖”加“正柱帽” ，地库底板建议采用“平筏板”加“倒柱 帽” ， 因为无梁楼盖和平筏板可降低地下室层高。降低地下室层 高可带来诸多方面经济性改善：开挖土方数量减少、外墙防水 面积减少、降水费用减少,并且无梁楼盖筏比地板梁板施工难度 小,节省工时成本。板裂缝计算考虑荷载组合的新的混凝土规范 标准改为永久组合,组合扁梁的钢内容平面图经济将更加明显。 双地下室在地板上玩经常抗浮桩,和抗浮桩承载力不高,数量巨 大。建议采用植筋的办法在地库负二层、负一层顶板设短梁与 地库周边支护桩连接,这可以抵消一些水的浮力,从而减少抗浮 桩的数量。 2.1.5 其他因素 高层住宅的内隔墙墙体材料、 建筑物周边悬挑板这类 “非 主要”因素对含钢量有不可忽视的影响。 （1）内隔墙的墙体材料。掺气混凝土的砌块有自重小和砂 浆粘结能力差的缺陷，为加大墙体的强度，需在墙的纵横交接 部位和门窗洞边大量增设构造柱。页岩多孔砖堆集密度大，但 其砂浆粘结能力好，基本可满足技术要求，不需再设构造柱。 （2）建筑周边的悬空板。建筑周边的悬空板（线脚、飘窗 和阳台的栏板等）均不在建筑面积的计算范围内，但如果悬空 板的面积较大且造型复杂，则其用钢量也必须得到重视。 （下转第 117 页） 万方数据 规划设计 建筑建材装饰 117 紧密相连，它是延伸内部商业行为，同时也营造外部商业氛围； 它是人们邻里交往与对话的扩大和延续的场所；它同时也是城 市的大舞台，是城市整体景观体系的重要环节。一般来说，商 业建筑入口大致可以分为商业步行街入口及购物中心入口两大 类，其设计的原则是醒目、可达性好、标示性强、广告效应好。 3.3 建筑动线设计 在进行商业建筑设计时，动线设计是保证其建筑适用性的 关键所在。动线设计能够将建筑的使用价值最大化，保证其多 项实用功能。动线设计包括内部和外部，其中内部动线所涉及 能够形成商店内部回路和避免末端店铺，减少视觉疲劳。在进 行内部动线设计时要注意临时休息区的设计，避免出现顾客视 觉疲劳。尤其要注意辅助动线的安置设计，避免辅线安置的资 源浪费和过于繁杂。 3.4 中庭及场景设计 大型商业建筑中会对流线节点做不同处理，形成不同类型 的庭。从功能上，这些中庭、边庭空间有几个作用:增加楼层垂 直可见性，提升了上层商业店面的经济价值;充当垂直交通的中 枢;调节平面空间感受，调动顾客情绪;举办表演和展示活动， 烘 托商业气氛，提高人流滞留率。大型商业建筑往往由多个不同 的功能体块组成，中庭则成为这些功能体块站结的中枢，构成 整个空间序列的空腔（虚的部分） ，充分体现了节点空间的汇聚 价值。有的边庭甚至将城市文化、旅游、休闲功能与建筑的商 业功能叠加，形成“城市客厅”的效果。 3.5 营销空间设计 要想保证营销空间设计的合理性，必须注意以下几点:首先 是交通空间的设计。营业厅的交通空间包括水平空间和垂直空 间，水平交通空间是指同层内的通道，垂直交通空间是指不同 标高空间的垂直联系。其次是展示空间的设计。这里要重点关 注橱窗的位置设计。其次是服务空间设计。这里主要是为了满 足顾客的服务需求、降低顾客的消费疲劳感。其次是休闲空间 设计。主要有休息、娱乐、餐饮、健身、文教等空间。最后是 营业厅无障碍设计。商场作为社会服务性建筑，应使所有的群 体均能享受服务。 3.6 建筑绿色设计 绿色建筑不仅仅能够更好的节约能源，还能够实现可持续 发展，进而使得其后期的受益远远大于前期的投入从而实现其 价值，绿色建筑是当前社会可持续发展的需要，也是现在社会 的发展的必然趋势。绿色环保商业建筑理念主要体现在两方面: 第一方面是最大化地利用资源、节约能源；第二方面是能使这 座建筑物持久地使用下去，带来持久的收益。绿色环保商业建 筑的外形虽然没有很多豪华建筑的气派，但它的功能性却一应 俱全，代表着这座城市的一大特色，也紧跟着时代的发展。 4 结语 商业建筑设计体现着城市的发展需求，代表着这个时代人 们智慧的结晶，在商业建筑设计中，要满足其实用功能和使用 功能，全面加强商业建筑的设计水平。 参考文献 1刘佳生.浅析中国商业建筑的发展J.科技创新与应用， 2013（12）. 2王晓玲.对商业建筑设计原则的研究J.中国新技术新产 品，2009（7） 3张昕.浅析现代商业建筑设计原理J.科技信息，2009 （32）. （上接第 115 页） 2.2 结构优化计算 早期扩张后优化设计的高层建筑模型计算阶段，仍需要选 择正确加载和模型预处理参数。地板（屋顶）额外的静负荷, 计算线路负荷必须根据实际的施工实践的墙。楼面活荷载值应 根据加载规范取用,不随意扩大。 对于一些特色的地区,应该会同 相关专业确定负荷值。在利用 SATWE 程序中,例如,有一些前处 理参数的选择有重要影响的内力组件:（1）梁弯矩放大系数是 没有利用SATWE 的早期设计活载布置最不利,比如坏安排活载, 不再需要放大系数。 （2）放大系数主要是考虑现浇楼板梁刚度 的梁的刚度可以提高地板梁凸缘,住宅设计中心窗台上 1.6 更合 理,系数和高梁、 板厚度、边界条件,这个新项目根据混凝土结构 设计规范（GB 50010-2010）,5.2.4 条计算,比如人工梁刚度导致 钢筋增加。 （3）住宅设计中应该选择折减负荷。 此外,该模型通过调整建筑周围的墙刚度计算,调整平面刚 度中心附近的表面质量,可以显著降低高层住宅的地震扭转效 应 （体现在周期比、 位移比的计算结果） ,以减少计算钢筋的墙。 2.3 施工图优化设计 2.3.1 优化梁、板布置 住宅建筑的特点是开间较小,控制混凝土墙的每一行间距 在 3.0 4.0 米,内部混凝土墙之间的分区直接砌筑地板上,不 然内部隔墙下布所有梁钢筋的数量将会增加。高梁、板厚度, 除了根据跨度的要求和构造要求之外，仍应该试图让梁和板配 筋率接近配筋率,梁配筋率在 0.8%1.2%,板的经济配筋率在 0.3%0.8%。 2.3.2 合理选择构造措施 分布钢筋混凝土墙、地板的钢筋和箍筋梁使用较多,要注意 满足规范的要求。在满足内力计算要求的前提下,梁截面宽度不 超过 300 毫米,尽可能避免设置复合箍筋。加强底部的高层住宅 区域根据计算结果和经验加强墙钢筋,上部墙体构造边缘构件 纵筋、 箍筋和墙体分布筋应根据 高层建筑混凝土结构技术规 程 （JGJ 32010）配筋，不能随意添加。地下室顶板、住宅 平面两端的地板、地板的转换楼板、开大孔周围的楼板、平面 有较大凹凸的地板、房屋顶层楼板,这些特殊的地板应根据规章 制度适当的增加钢筋,不随意增加。 3 结语 总之,高级结构选型和布置建筑物对结构安全和经济的影 响很大,只有在承载力、性能和结构系统作为一个整体系统的结 构和理解彻底组件之间的关系和相互作用,以