浅析民用建筑砼结构设计的优化

1、浅析民用建筑砼结构设计的优化 摘要：随着城镇化进程的逐步加快，从发展现状来看民用建筑的高层化、智能化、多功能化都得到了充分的实践，这不仅满足了人们对于民用建筑的多元化需求，同时也推动了城市的现代化建设；但是民用建筑也越来越商品化，投资方也希望利润最大化。由此给结构工程师带来新的挑战，结构设计既要满足安全、合理、符合国家规范，还要经济、节能、降低造价。砼结构作为主要建筑结构形式，对砼结构进行优化设计也十分必要。本文就民用建筑砼结构优化设计的必要性进行简要的论述。 关键词：民用建筑；砼结构设计；优化；必要性 在大量的实践中，砼结构抗震性能较好且实用性较强，适用范围较广，因而得到了广泛的运用。但是，

2、在绿色经济的发展背景下，激烈的市场竞争下优化砼结构设计也势在必行，在具体的实施中从各个环节进行优化，提高建筑的安全性、合理性、经济性为人们的居住营造舒适、安全的环境。 一、优化民用建筑砼结构设计的必要性 结构设计是建筑施工图设计中的重要环节，结构设计首要前提是安全性，然后才能考虑舒适性、经济性等问题，科学的结构设计具有较强的可行性，且在成本控制上非常有利，但是从目前民用建筑砼结构设计的现状来看，片面的沿用之前的设计方法不利于成本控制，这对于企业的长远发展非常不利。在信息化的发展背景下，部分结构工程师对于设计软件的依赖程度逐渐增加，其设计出来的方案在具体的实践中无法发挥出应有的引导作用，再加上个

3、人工作经验的不足，在细节的完善和设计中或多或少存在一些瑕疵。针对这种现状，优化民用建筑砼结构，便于更好的提高建筑结构设计的合理性及科学性，逐步将结构优化设计理念渗透到具体的工作中。 二、工程实例 1、工程概况 某住宅小区，由商业，住宅组成。商业：框架结构4层，住宅：抗震墙结构18层；8度0.3g设防，场地类别类，基本风压为0.30kn/m2；商业首层层高为4.5m，其余层高为4.2m；住宅首层层高为4.5m，二层层高为4.2m，其余各层层高均为3.0m。 2、问题的提出和优化 原设计在2013年初完成，业主方在拿到施工图之后，经造价咨询造价偏高，比同区域同形式的建筑造价高出20%以上。业主方便

4、提出优化施工图设计。 （1）原设计商业体型l型，b/bmax=16700/33600=0.4970.30，规则性判断为凹凸不规则； 计算资料显示，在考虑偶然偏心下的最大层间位移与平均层间位移的比值为1.3，规则性判断为扭转不规则。显然，本工程已有两项超出规范要求，按要求进行水平地震作用计算和内力调整，并应对薄弱部位采取有效的抗震构造措施。一层柱截面900*900，梁400*850，砼强度等级c45，柱配筋率5.6%；框架梁配筋率超2%；根据笔者的经验，若不优化平面形状及结构形式，盲目采取加强措施，必然要增加造价。 （2）对住宅建筑图的分析，建筑呈正方形，但y向有效楼板宽度小于50%，规则性判断

5、为楼板局部不连续；抗震墙位置较合理，但抗震墙截面过厚，抗震墙截面尺寸：地下室十三层400mm；十四、十五层300mm；十六、十七层200mm；结构本身自重加重、刚度偏大促使地震力增大，配筋率增加，导致砼用量增加，边缘构件、墙身配筋过高。 砼强度等级地下室十三层c50， 十四、十五层c45，其余层c40。据笔者当地项目以往经验，此项目指标有所偏高。减薄抗震墙厚度，优化抗震墙布置，在各项指标满足规范的要求下，尽量减薄抗震墙厚度，经复核计算，抗震墙厚度调整为：地下室二层400mm；三层九层350mm；十层十二层250mm。十三层十七层200mm。砼强度等级梁板调整为地下室二层c35，其余c30. 在

6、保证安全，符合国家规范的前提下， 减少砼用量及扣除原有墙体内的大量钢筋，其经济性是十分可观的。 （3）板中受力钢筋不同砼强度等级的使用比较。本工程大部分板块的板跨都不大，计算后发现基本为构造配筋，即由最小配筋率控制，而最小配筋率与砼强度等级直接相关。对比如下： 三级钢、c45：min=max0.2%，0.45ft/fy=0.225% 三级钢、c30：min=max0.2%，0.45ft/fy=0.20% 而且砼强度过高，导致水化热过大，楼板开裂过多影响使用；故合理降低砼等级对各方面都是有益的。 经过以上几项调整造价明显降低，安全保证，业主满意。 三、总结优化方法和途径 1、形状优化比尺寸优化更

7、有意义 在建筑的一个独立结构单元内，宜使结构平面形状简单、规则，刚度和承载力分布均匀，平面长度不宜过长，突出部分长度不宜过大；l、l等值宜满足要求；建筑的竖向体型宜规则、均匀，避免有过大的外挑和内收，侧向刚度宜下大上小，逐渐均匀变化，不应采用竖向布置严重不规则的结构。结构工程师都曾遇过类似情况：当一幢建筑的体型简单、规则、均匀，其各项指标的校核验算易满足规范，反之，则需花一番苦功才能令各项指标勉强满足规范。结果可能是墙柱截面尺寸过大，单位面积重量超标，不仅造价较高，而且还影响部分建筑功能。笔者认为，结构工程师一定要注重概念设计，在建筑方案阶段就应积极介入，运用自己的专业知识提出建议，在满足美观

8、、适用的前提下，尽可能使建筑结构的体型简单、规则和均匀。这样，结构体系就会具有合理的刚度和承载力分布，避免因局部削弱或突变形成薄弱部位，产生过大的应力集中或塑性变形集中。只有这样，到初步、施工图设计阶段的优化才会有实质性的意义。 2、注重抗震墙的平面布置 注重抗震墙的平面布置主要应注意以下几点：a.抗震墙宜沿周边均匀、相对集中布置。在建筑物的楼梯间、电梯间、平面形状变化及恒载较大的部位宜布置抗震墙，其间距不宜过大。b.抗震墙结构中，抗震墙宜沿主轴方向或其他方向双向布置，抗震设计的抗震墙结构，应避免仅单向有墙的结构布置形式。c.抗震墙墙肢截面宜简单、规则，抗震墙结构的侧向刚度不宜过大。d.设计中

9、应注意尽量减少短肢抗震墙的数量，不应采用全部为短肢抗震墙的抗震墙结构。 3、合理使用高强砼和高强钢筋 建筑的总造价包括上部结构、基础及施工等费用，构件的截面尺寸和用钢量对造价的影响很大，设计中合理使用高强砼、高强钢筋可有效降低用钢量，节约成本。如果建筑位于高烈度区，地震作用的大小几乎与建筑自重成正比，减轻自重能够减小结构的地震荷载，有利于提高结构的安全度；或者作用于结构上的荷载很大， 在设计中合理的使用高强砼和高强钢筋，能快速、有效的减少墙、柱、梁、板等构件的截面尺寸，降低用钢量，减轻建筑自重， 取得显著的经济效果。 总结：在民用建筑砼结构的优化设计中，必须将安全、合理、经济等因素渗透进去，适当考量成本因素，以合理调整建筑布局、完善细节设计等形式来落实民用建筑砼结构的优化。结构工程师自身也要不断提高个人业务水平，在工作中注意经验的积累，在以后的工程中完成高质量的结构设计工作，为建筑业的发展做出应有的贡献。 本人水平有限，文