结构设计优化的工作指引

1、 结构设计优化的工作指引2011北京万达豪信投资有限公司研发部结构工程师 曾德华2011-3-23 目 录1结构设计时间控制32结构方案阶段53地基方案选型64基础方案选型75地下室及挡土墙设计优化86结构计算书校核107结构施工图校审优化128项目施工阶段配合159项目结束工作总结18 结构设计优化的工作指引前言在项目开发设计中，结构设计是其中一个重要的环节。结构设计的合理与否，直接关系到建造成本控制。建筑设计中，可能不同的人会有各种不同的意见看法，然而，结构专业由为过于专业，而且事关重大，一般不敢提意见。不过，如果具有专业的知识，了解国家关于结构设计的规范规程，对结构设计流程熟悉，是可以从

2、方案设计到施工图设计进行必要的优化，从而节约大量不必要的成本的。第一节项目结构设计时间控制 结构设计流程表序号阶段名称工作内容时间控制备 注1地质勘探督促有关部门确定勘察设计单位进行地质勘探，提供完整详细的地勘报告。项目规划设计及方案设计后，施工图设计之前。2结构方案设计配合建筑设计师进行方案设计，提供专业化的合理建议和意见，并把有效意见反馈给设计院。随建筑方案设计周期决定。3超限审查配合并督促设计院准备详细充分的材料，申请超限高层审查委员会组织专家从技术角度进行多方论证。约25个工作日内完成。时间需根据超限审查办审查时间情况而定。4地基及基础方案设计对地勘报告进行分析，选择经济合理的地基形式

3、和基础方案。拿到地勘报告后二周内。序号阶段名称工作内容时间控制备 注5±0.000标高以下结构设计配合设计院结构工程师进行地下部分设计，并对设计师提供的设计图纸进行合理优化。拿到地勘报告后一个月以内。根据工程进展情况而定，可要求先提供地下部分设计图纸。6人防优化对设计院提供的人防结构设计图纸进行审核优化。地下部分设计完成后一周内完成。7±0.000标高以上结构设计督促设计院结构设计师进行上部结构设计，完成施工图设计。地下部分设计完成后一个月以内。8结构施工图审核对设计院提供的施工图进行审核优化，并反馈回设计院，督促其设计变更。拿到设计院施工图纸二周内。9施工图外审把设计院完

4、成优化后的施工图提供给当地审图部门，并跟进审图进度。审图周期一个月以内，随审图公司审图时间而定。10施工图提交把施工图提交给相关部门，如预算部门进行造价预算，项目技术部开始施工。审图结束设计院提供设计修改意见，二个工作日内。11施工阶段配合协助项目技术部按工期计划顺利进行施工，联络设计院对工地设计变更洽商进行快速处理，为项目部提供必要的技术支持和建设性意见。跟进施工进度。12项目总结验收总结经验，参与工程验收，为以后工程积累经验。第二节结构方案阶段结构方案选型论证应该和建筑方案设计同步进行。建筑和结构设计师应该反复讨论比较，并与设计院一起探讨，选择合理的方案。一个合理的结构方案，从源头上就控制

5、住建造成本。以下为结构设计当中，一些建筑混凝土用量和用钢量的技术指标：结构类型 用钢量（KG/M2）用砼量（M3/M2）多层砌体住宅300.30.33多层框架结构38420.330.35小高层住宅（12层内）50520.35高层住宅（18层内）54600.36高层30层左右65750.420.47高层酒店公寓类（30层内）70750.380.50别墅类介于多层砌体住宅和小高层之间钢结构多层4550钢结构小高层（12层）5565以上数据按抗震7度区规则结构设计。抗震6度考虑0 .8-0.9折减，不规则结构可乘1.1-1.3系数。以上数据只是一个技术参考指标。实际工程中，应该具体分析结构体系，注意

6、把握以下几点，就能做到结构合理化：l 结构类型是选择砌体结构还是剪力墙结构？（低层，抗震区还是非抗震区）剪力墙结构还是框架结构？（建筑功能，建筑高度）框架结构还是框架-剪力墙结构？（建筑高度，计算分析）筒体结构还是筒中筒结构？（超高层）。l 框架结构的柱网是否合理。（50米以下商业办公楼，7.212m柱网）长度过长是采用设沉降缝还是后浇带。（优选后浇带，节约成本）混凝土强度等级选择，钢筋等级选择。（C30-C50间选择，下部选等级高的；钢筋1-3级钢，受力钢筋一般选3级钢筋比较经济）l 剪力墙结构墙体布置是否合理均匀？（适用高层住宅，墙体间距6-8米，高长比控制在8-12以下）l 框架-剪力墙

7、结构中剪力墙的位置和数量布置是否合理？（办公商业常采用，墙体布置合理可使结构受力合理，减小配筋量和结构构件尺寸）l 框架-核心筒，筒体结构以及其他复杂异型结构的论证，超限审批等等。结构方案确定阶段计算，应控制以下基本参数，把握住结构的总体形式，才不至于在施工图设计当中盲目设计，造成不必要的浪费：l 结构崁固层的确定。（计算关键，确定不对，计算有较大偏差）l 结构基本自振周期控制，轴压比控制，侧移刚度控制，稳定性控制，周期比，扭转等等控制。根据工程的不同，控制数据有不同。应该与设计院的设计人员一起沟通论证，做到合理不浪费。第三节地基方案选型地基方案选择的优劣，动辄牵涉到几百万造价的差别。所以，在

8、拿到地勘报告后，进行地基方案的比较，是非常必要的。 设计院拿到地勘报告，应在5个工作日内，提供地基方案。确定是否采用天然地基；还是需要地基处理，采用CFG桩处理，还是换填土；是否需要采用桩基础，采用何种桩（预制管桩，方桩，还是人工灌注桩？）地基方案的确定，依据是地勘报告以及参考临近的项目。然而在基坑开挖后，有时候往往会与地勘报告有出入。这时候就需要项目部人员配合基坑开挖验算，确定是否地基实际情况与地勘报告是否有出入。如果有，应对地基方案进行修正，以达到优化目的。地基方案选型表地基方案选型优 点缺 点结 论备 注天然地基（地质分层情况，承载力等）地基处理（CFG桩，换填土，等等）桩 基 础（预制

9、桩，挖孔桩，灌注桩等）第四节 基础方案选型地基方案确定后，就应该进行基础设计。基础设计，关系到整个建筑的安全，必须做到安全，经济，合理。基础设计应考虑地下室层数，地下水位高低，地基情况，建筑地下室功能（有否人防）等决定采用何种形式。目前大多住宅与办公楼建设，基础均采用筏形基础或独立基础加防水板。独立基础加防水板具有传力明确，构造简单，方便施工，经济实用的优点，在工程中应首选。但如果地基情况差，地下水位高，则不建议使用。筏形基础具有刚度高，对地基反力及沉降调节能力强，所以适用上部荷载较大的高层建筑，或地基较差，需要控制沉降的建筑。但筏形基础受力复杂，施工麻烦，造价高。所以具体工程，应该根据地勘报

10、告，进行详细的分析。基础方案选型表基础方案选型优 点缺 点结 论备 注扩展基础（条形基础，独立基础）独立基础+防水板筏板基础（桩筏基础）梁筏基础（桩梁筏基础）第五节 地下室及挡土墙设计优化地下室是最花钱的一个部分，花钱还看不到效果。所以站在公司角度看，这部分如果设计合理，将能够节约不小的资金投入。地下室设计要考虑很多因素，比如地下水位高低，是否有人防空间，人防等级多少，是否有上覆土，覆土多高等等。另外，因为PKPM对地下室外墙计算不好，很多设计院都会采用其他的设计软件。设计软件的选择，也会决定计算结果的不同。如果说地上部分，不同的设计师不同的设计院相差不会太大，那么地下室差别会让公司多付出上百

11、万或者少付出上百万的资金。所以，对地下室设计的控制，应该从抓好地质堪探单位做起。让地质勘探单位重点分析，周边的地下水位以及项目所在地的地质情况，要根据实际情况来，计算出准确的地下水位。然后，建筑师应该确保人防设置的合理性，覆土的经济性，设计院采用正规适合的计算软件（如理正结构工具箱等），就能从总体上杜绝地下室设计浪费。另外，场地平整后，挡土墙的选择是件重要的事情，特别是比较重要的挡土墙，是选择毛石，还是钢筋混凝土，或者桩，还是其他？如果体系选择不当，不但成本非常巨大，而且给结构造成了隐患，以前在设计院工作，经常碰到这类情况，有些设计师不通过计算，随意选择挡土墙，造成后期挡土墙开裂，甚至倒塌，给

12、开发商造成很大的浪费。还有些本来可以采用更经济实用的毛石挡土墙，结果选择了钢筋混凝土挡土墙，也造成了一定的浪费。地下室及挡土墙设计依据表类 型地基基础情况地下水位（ m）基础埋深（m）人防（等级）覆土（m）计算软件选用图集备注地 下 室挡 土 墙 第六节 结构计算书校核毋庸置疑，结构计算在结构设计过程中是最重要的环节。计算结果的准确与否，直接关系到建筑的安全性和经济性。结构计算之前，初步设计阶段，结构设计师应收集相关信息：地勘报告，当地抗震情况，风荷载，雪荷载，以及建筑面层做法等。分析主体结构情况，是否超限，能否结构优化，可以预先评估，为后续工作做好准备。（比如是否需要请专家论证结构方案，超限

13、审核，人防报批。）以下是我之前一个内蒙古项目抗震超限表格。表格的填写可以对结构计算有个总体的把握。内蒙古自治区高层建筑工程结构抗震基本参数表工程名称-楼栋号7#楼2段设计阶段施工图场地类别类商业建筑面积（m2）/填表时间2010-12-24抗震设防类别丙类主楼层数(层)18主楼结构高度（m）61.100建筑抗震设防烈度7度裙楼层数(层)无裙楼结构高度（m）/是否高位转换否地下室层数(层)2出屋面高度（m）4.6结构嵌固层所在楼层号一层出屋面层数(层)1结构体系主楼剪力墙备注结构总高度（m）65.700裙楼框架高度限值（m）120空间最大高宽比3.99有无结构加强层无有无错层无有无连体无是否多塔

14、否大空间结构屋盖跨度（m）无悬挑长度（m）无单向最大长度（m）无楼层竖向构件最大水平位移与该楼层位移平均值的比值1.22限值A1.50限值B1.20结构扭转为主的第一自振周期Tt与平动为主的第一自振周期T1的比值0.8456限值A0.90限值B无0.85结构平面凹进或凸出的一侧尺寸与相应投影方向总尺寸的百分比/限值A0.40限值B0.30结构平面中部两侧收进的总尺寸占平面宽度的百分比/限值A0.50限值B无角部重叠的结构平面其角部重叠面积与较小一侧的比值/限值A0.25限值B无楼板有效宽度占该层楼板典型宽度的百分比/限值A0.40限值B0.50楼板开洞面积占该层楼面面积的百分比0限值A0.40

15、限值B0.30楼板开洞后任一方向的净宽（m）均大于2m限值A2.00限值B5.00楼层侧向刚度与相邻上层的比值均>1限值A0.50限值B0.70楼层侧向刚度与其上三层平均值的比值0.822限值A0.70限值B0.80塔楼与大底盘的质心偏心距占底盘相应边长的百分比/限值A0.20限值B无抗侧力结构的层间受剪承载力与相邻上一层的比值1.00限值A0.65限值B0.80短肢剪力墙承受的倾覆力矩与结构底部（或楼层）总地震倾覆力矩的比值无限值A0.60限值B无等效剪切刚度与相邻上层的比值/限值A0.80限值B无 等效剪切刚度与其上相邻三个楼层平均值的比值/限值A0.70限值B无屋顶塔楼结构面积小于

16、屋顶层结构面积的1/3，且屋顶塔楼高度超过房屋高度限值的10%/限值A0.10限值B无结构平面突出长度与其连接宽度之比/限值A无限值B2.00上部楼层收进部位的高度H1（从室外地坪算），与房屋总高度H之比/限值A无限值B0.20下部楼层的水平尺寸与上部楼层水平尺寸之比/限值A无限值B0.90结构平面任一方向楼层外挑尺寸（m）小于1.50限值A无限值B4.00设计单位超限自评结论不超限设计人技术负责人签章施工图审查机构超限审查结论审查人技术负责人签章注：1、在初步设计阶段和施工图设计阶段，结构部分由设计单位结构设计人填写，每栋高层建筑工程需填写一张表。作为房地产开发公司的结构设计师，对设计院的计

17、算书，主要要审核如下几点：l 计算模型的准确性。计算模型是否准确？和建筑图纸是否对应？结构模型传力是否明确？结构模型简化假定是否合理？l PKPM计算参数取值合理性荷载取值是否准确？（结构自重，建筑面层做法，墙体荷载，设备管道等荷载，注意容易重复计算，造成计算偏大）参数设置是否正确？（结构体系，恒活荷载计算信息，风荷载，地震，地面粗糙情况，基本周期，荷载分项系数取值，柱、墙、基础折减系数，调整系数，地下室层数，薄弱层等等）l PKPM计算结果正确性各项参数结果是否满足要求？（轴压比，周期比、位移比、刚度比、层间受剪承载力之比、刚重比、剪重比等）有无超配筋情况？结构是否需要优化？l 梁柱墙板截面

18、优化通过以上的计算结果，梁柱墙板截面是否可以进一步优化？第七节结构施工图校审优化 一般工程的建筑结构施工图设计，从拿到地勘报告到提交全部的施工图，根据工程具体情况，时间大概2-3个月。如果工程紧急，可以让设计院先提供地下部分或基础部分图纸。 作为研发部的结构设计师，应该对施工图进行审核优化。审核优化时间一般应在10个日历日以内完成，然后反馈给设计院，设计院10个日历日以内提供最终的完成图。根据项目所在地政府部门的要求和项目的情况，决定是否需要图纸送当地审图公司进行外审。外审时间根据审图公司的情况以及项目需要而定，需控制在20个日历日以内。 结构施工图的优化，应从以下几个方面着手： 结构施工图优

19、化审核表序号项目审 查 内 容1设计依据使用的设计规范、规程，是否适用于本工程，是否为有效版本。2建筑抗震设计参数是否正确使用岩土工程勘察报告所提供的岩土参数，是否正确采用岩土工程勘察报告对基础形式、地基处理、防腐蚀措施（地下水有腐蚀性时）等提出的建议并采取了相应措施。建筑抗震设计采用的抗震设防烈度、设计基本地震加速度和所属设计地震分组，是否按建筑抗震设计规范GB50011-2010附录A采用；对已编制抗震设防区划的城市，是否按批准的抗震设防烈度或设计地震参数采用；对于在规范上未明确的地区，地震动参数的取值应由勘察单位依据GB50011-2010第1.0.4、1.0.5条提供。3岩土工程勘察报

20、告是否正确使用岩土工程勘察报告所提供的岩土参数，是否正确釆用岩土工程勘察报告对基础形式、地基处理、防腐蚀措施（地下水有腐蚀性时）等提出的建议并釆取了相应措施。需考虑地下水位对地下建筑影响的工程，设计及计算所采用的防水设计水位和抗浮设计水位，是否符合岩土工程勘察报告所提水位。注：根据岩土工程勘察规范GB50021-2001第4.1.13条规定，岩土工程勘察时应提供设计所需的地下水位。4基础选型与地基处理（1） 基础选型、埋深和布置是否合理，基础底面标高不同或局部未达到勘察报告建议的持力层时结构处理措施是否得当。有没有造成不必要的浪费。（2） 工地基的处理方案和技术要求是否经济，施工、检测及验收要

21、求是否明确。（3）桩基类型选择、桩的布置、试桩要求、成桩方法、终止沉桩条件、桩的检测及桩基的施工质量验收要求是否明确，合理。 （4）基础计算是否合理，配筋是否合理。有没有不必要的配筋。可否对基础进一步优化？（5）高层建筑高层部分与裙房间差异沉降控制和处理是否经济，合理。 （6）人防地下室结构选型是否经济，设计荷载取值、计算和构造是否符合规范规定。（7）地下室墙的门（窗）洞口设置的地梁是否经济合理，隔墙是否进行了计算，计算简图、荷载取值、受力传力路径是否明确合理。5结构构件及节点（1） 结构构件尺寸是否经济合理。（2） 节点是否通过优化计算？6配筋与构造（3） 梁板柱配筋是否经济合理。是否有不必

22、要的放大配筋。和计算书是否吻合。（4） 构造配筋是否经济，合理。有无未经计算任意放大的配筋。（5） 剪力墙暗柱设置是否合理，经济.7非结构构件计算与配筋（1） 非结构构件，如圈梁，构造柱，雨篷，过梁，填充墙钢筋拉结等设置是否经济，合理。（2） 屋顶花架，设备支架，建筑辅助构件是否经过计算？选型配筋是否合理？（3） 女儿墙，辅助钢架等是否设置合理经济？8楼梯坡道等（1） 楼梯选型是否经济合理？板厚？踢段？（2） 楼梯配筋是否经济，合理。构造钢筋是否有浪费。（3） 坡道设计是否合理？配筋是否偏大？9其他问题（1） 图面表示错误，尺寸，钢筋数量，截面大小等是否正确，应及时指出，以免施工返工造成浪费。

23、（2） 其他不合理的设计。 结构施工图优化审核表序号项目审 查 意 见修改情况1设计依据2建筑抗震设计参数3岩土工程勘察报告4基础选型与地基处理5结构构件及节点6配筋与构造7非结构构件计算与配筋8楼梯坡道等9其他问题第八节协助项目施工阶段配合 项目土建施工时，为使项目顺利地按计划进行，结构设计师提供有效的配合是必不可少的。结构工程师把设计院提供的最终版施工图送至项目部，项目按计划照图施工。施工过程中，会产生一些设计变更，设计洽商，这时候需要协助项目部与设计院沟通，确保工作顺利及时进行，不能因为设计变更问题延误工期。在施工配合阶段，结构设计师应该做到：及时把施工过程中遇到的问题反馈到设计院，督促设计院尽快处理设计变更或洽商；为项目部提供必要的技术支持，以及对建筑材料选用，施工质量问题提出合理化建议和意见。下面是一般洽商变更的流程和表格：洽商变更申请、审批和执行流程图工程技术部经理复核工程技术部进度质量影响方面审核设计院、公司某部门施工单位其它相关部门审核成本造价部对成本影响方面审核变更 洽商项目总经理做出最终审批结果 审批通过审批不通过工程技术部管理执行变更/洽商工程技术部向变更/洽商提出方作出书面回复成本造价部对变更洽商进行结算 *项目 编号： 洽商/变更审批申请表洽商/变更标题洽商/变更主体洽商/变更原因洽商/变更的内容项