浅析钢筋混凝土框架结构的优化设计

摘要:论文从某钢筋混凝土框架结构厂房三种不同方向的次梁布置、对钢筋和混凝土两种材料的用量统计进行分析比较、得出一种最经济的次梁布置方式。但随着楼面荷载的变化，最经济的次梁布置方式也发生改变。同时对新材料的应用在筋混凝土框架结中的优化也进行了探讨。

关键词:次梁布置；楼面荷载；新材料 ；优化

中图分类号： TU37文献标识码： A

0 前言

传统的框架结构设计(包括现在的一些结构计算软件)主要是在规范的基础上进行的一种结构分析,其大致过程是先假设构件截面,进行分析校核,然后再调整所选截面,再进行校核的重复过程。大多数情况下框架结构设计只注重了安全,而没有从经济的角度去考虑,这样对一些大型结构就会造成比较大的浪费。

框架结构是我们在工作中经常使用的一种结构形式，近年来建筑设计市场竞争激烈，工程造价已成为开发商衡量设计院设计质量的一个重要指标。这样在结构安全合理的前提下降低工程造价，优化结构设计方案就显得尤为重要。

1 结构平面布置

1.1框架柱网的确定

框架结构的柱网一般是由建筑功能的需求决定的。结构师通过建筑所提的资料，选取一个比较合适可行的柱网尺寸，经过建筑师结构师的反复探讨，最后确定既能满足建筑功能要求，又能满足结构安全需要的经济合理柱网。

选取竖向荷载传至柱的传荷路径最短的结构布置形式。框架柱、框架梁的布置应选取在上下各层墙体基本对齐的轴线上，以使绝大部分墙体荷载直接经框架梁传至框架柱；次梁的布置应使墙体荷载及楼、屋面恒活荷载传至框架梁的传力路线最短，这样使用强度梁的数量最少。

1.2次梁布置方案的选取

下面以一工程实例进行对比分析，本工程位于江苏省常州市横林镇某电子厂房，五层钢筋混凝土框架，具体主要设计参数如下：

设计楼面荷载为4.0KN/m2;混凝土设计等级为C30;梁板柱均采用HRB400；柱截面大小600x600mm;柱网尺寸8000x9000mm

1.2.1十字形布置次梁

框架梁截面：长方向250x750mm，短方向250x700mm，次梁截面均为250x650mm，板厚120mm结构布置如下图：

工程量统计表

1.2.2一字形长方向布置次梁

框架梁截面：长方向250x750mm，短方向300x800mm，次梁截面均为250x700mm，板厚120mm结构布置如下图：

工程量统计表

1.2.3一字形短方向布置次梁

框架梁截面：长方向300x800mm，短方向250x750mm，次梁截面均为250x650mm，板厚120mm结构布置如下图：

工程量统计表

通过方案1）、2）、3）的工程量统计表对比可知：方案2）的混凝土用量比方案1）减少了3.1%比方案3）减少了1.2%；方案2)的钢筋用量比方案1）减少了2.3%，比方案3）减少了1.4%。

综上所述，方案2）较方案1）和方案3）降低了造价，并且降低了模板的费用，但是增加了建筑的有效净高，在对建筑的净高要求不是很严格的情况下，用方案2）更有利于降低工程造价，满足建筑工程的使用要求。

当楼面设计荷载为6.0 KN/m2时，底层柱截面改为700x700mm，其它条件不变：

十字形布置次梁的工程量统计如下：

一字形布置次梁的工程量统计如下：（板厚130mm）

当楼面荷载较大时，十字行布置的次梁钢筋用量较一字形反而减少了1.98%，混凝土用量仅仅增加了0.29%，综合整体的经济性，此时十字形布置的次梁造价更低一些。

2 应用国家推荐的新技术、新材料

随着科学技术的发展，国内外技术的交流，用于工程建设的新技术、新材料不断出现并应用于工程实践，如高强度高性能混凝土、高强度钢材、轻质墙体材料等，工程技术人员应及时收集这方面的资料及工程应用情况，从工程经济的角度分析其应用条件，以使得工程设计经济合理。

由于工程综合效益的需要设计宽扁梁时，宽扁梁的受力纵筋选用HRB400 钢筋较为合理，一方面降低了配筋率，另一方面使得纵筋配筋排数最少，梁的有效高度增大。对于地面以下或处于潮湿工作环境中的梁，由于梁的裂缝宽度控制较严，梁的受力纵筋选用HRB400钢筋有时就不经济了。

轻质墙体材料较普通墙体材料单方价格要高，但工程中如果墙体较多，柱网跨度较大，地基承载力又低，采用轻质墙体材料是最适合的了，这些都要具体分析选取。

3 结语

当楼面荷载不是很大（一般小于等于5.0KN/m2）时，一字形较十字形次梁布置更经济一些；当楼面较大（一般大于5.0KN/m2）时，十字形较一字形次梁布置更经济。

结构方案的布置是影响结构造价的关键，通过优化结构方案既能降低结构造价，又能有效的满足建筑功能要求，而结构的方案布置需要用概念的思维去探索结构的最优布置，用先进的计算机程序来验证我们的这些想法。

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作者简介：赵跃平、男、1981.11 、工程师、常州市规划设计院、