对郑州某工程的结构优化设计

摘要：本文以某实际工程为例，在荷载、地基承载力特征值、基础、混凝土强度等级、剪力墙、边缘构件、楼面梁、楼板8个方面进行了结构设计优化对比，示以结构设计师进行优化工作的途径和方法，使我们更清楚的认识规范的条文，理解规范的精髓，继而灵活运用规范。

关键词：荷载地基承载力特征值基础混凝土强度等级剪力墙边缘构件楼面梁 优化

Abstract: Combined with a practical engineering, the paper makes comparisons of structural design optimization in load, the characteristic value of foundation bearing capacity, foundation, concrete strength grade, shear wall; edge components, floor beams, floor those eight aspects with illustrating the ways and means of structural designers’ optimization work. Based on that, we can make more clear understanding of regulations and the essence, so as to turn flexible uses of the regulations.Key words: load; the characteristic value of foundation bearing capacity; foundation; concrete strength grade; shear wall; edge component; floor beam; optimization

1引言

目前我国房地产业得到了迅猛的发展，不少房地产开发商要求设计单位为其节省工程投资，有些甚至要求限额设计，要求钢筋用量不得超过多少等等。作为一名结构设计工作者，如何在激烈的市场竞争中立足，如何执行好国家各项设计规范，如何在保证结构安全的前提下使得结构设计经济合理，是值得我们思考的。本文以某实际工程的优化对比，示以结构设计师进行优化工作的途径和方法，使我们对规范的条文有清楚的认识，理解规范的精髓，然后灵活运用。

2工程概况

某工程2#、3#楼项目建设地点位于郑州市，地上建筑面积约2.5万平方米，地下建筑面积约0.13万平方米，由2栋地上18层主楼及两个独立的单层地下室组成。主楼地上部分为住宅（局部两层为沿街商铺），建筑高度约为54.2m，采用全部落地的现浇钢筋混凝土剪力墙结构，主楼采用天然地基，平板式筏型基础。地下室为设备用房和储藏室，地下室层高为5.0m，地下室顶板顶绝对标高为159.700m。

本工程2#、3#楼基本相同，以3#楼为例，从以下几个方面进行结构优化。

3关于3#楼荷载取值

原设计：

按建筑专业图纸，标准层楼面做法主要为 楼1（面砖楼面）、楼2（水泥砂浆楼面）、楼4。按原设计结构计算书，原设计楼地面做法附加荷载取值偏大。以楼2为例，原设计附加荷载取值为1.5kN/m2，按建筑专业建筑构造做法表进行核算，附加荷载取值为1.1kN/m2即可。原设计混凝土容重取28 kN/m3，偏大。

建议做法：

按照建筑专业建筑构造做法表复核做法自重，按照建筑构造做法表复核的楼面主要附加荷载列举如下：

1）楼2：水泥砂浆楼面，用于客厅、卧室、餐厅等，附加荷载为1.1kN/m2，厚度为50mm，做法重量统计如下：

2）楼1：面砖楼面，用于合用前室及公共走廊等，附加荷载为1.1kN/m2。该楼面做法重量统计如下：

3）楼4：用于厨房，附加荷载为1.0kN/m2，厚度为50mm，做法重量统计如下：

4）整体计算时，混凝土容重取26 kN/m3。

4关于修正后的地基承载力特征值

原设计：

根据原设计提供的计算书，修正后的地基承载力特征值为280kPa，取值过小导致基础面积过大，不经济。

建议做法：

根据地勘报告，持力层为粉土③层，地基承载力特征值为190kPa，基础底标高-6.25-0.9=7.15m，室内外高差0.15m，自然地面绝对标高按156.71m考虑，修正后的地基承载力特征值： fa=190+0.3*20*（6-3）+1.5*20*（4.86-0.5）=339kPa按以上地基承载力核算基础面积，原设计基础面积为920m2，调整后为为732m2，基础面积可大幅减小，经济性好。

5关于基础板厚及配筋

原设计：

1)根据原设计提供的纸质计算书，基础厚度计算时为950mm，施工图上为900mm，存在安全隐患。

2)原设计筏板基础挑出主体墙边1.6~2.9米，出挑距离过长，既对控制不均匀沉降不利，又造成混凝土及钢筋的用量过大，经济性差。

3)由于筏板基础出挑过多造成大部分柱的基础与筏板相交，厚度为600mm，上部配筋同筏板，不经济。

4)独立柱基DJP1平面尺寸为2400*2400mm，厚度为300/300mm，配筋为双向14@160，混凝土及钢筋用量均偏大，不经济。

建议做法

1) 建议设计进行核对。

2) 根据本建议书调整上部布置及荷载后进行计算，修正后的地基承载力特征值按339kpa考虑，筏板基础挑出主体墙边0.5米即可，经济性好。

3) 减小筏板出挑尺寸及独立柱基的尺寸后，两种基础不会相碰。

4) 独立柱基可调整为2100*2100mm（厚度250/150mm，配筋为双向10@170）；1900*2300mm（厚度300/200mm，配筋为10@170，12@200）；1600*1600mm（厚度300mm，配筋为双向10@170）；1800*1800mm（厚度300mm，配筋为双向12@200）；1500*1500mm（厚度300mm，配筋为双向10@170）。

筏板基础优化前后材料用量对比

对比项 优化前 优化后 节省量 节省百分比

总钢筋用量（t） 60.7 40.3 18.4 33.6%

总混凝土用量（m3） 828 658 170 20.5%

6关于3#楼混凝土强度等级

原设计：

按原设计剪力墙平法施工图，基础顶~3 层的剪力墙混凝土强度等级为C35，4层级以上为C30。混凝土强度过低，底部加强区的剪力墙轴压比偏大，约束边缘构件数量偏多，不经济。

建议做法：

建议基础顶~2层的剪力墙混凝土强度等级为C40，3层为C35，4层级以上为C30。混凝土强度等级调整后，可降低剪力墙的轴压比，当剪力墙轴压比小于0.3时，可不设置约束边缘构件，设置构造边缘构件即可；当轴压比在0.3~0.4之间时，可降低约束边缘构件的体积配箍率，经济性好。

7关于3#楼剪力墙

原设计：

按原设计墙柱平法施工图，原设计结构布置如下：