浅谈玺云台小区1#2#商住楼结构设计的若干优化问题

摘要：在建筑设计中，结构设计是其主要组成部分。对结构设计进行合理的优化可使达到降低工程造价，提高工程质量，增加工程使用功能等目的。优化设计是把数学中的最优化原理应用于工程设计当中，通过对若干个设计方案的比较，从中找到最适宜的方案的一种现代化设计方法。本文通过对玺云台小区商住楼的结构设计实例，分析了在结构设计中，有关计算模型的优化、CFG桩复合地基，以及施工图的调整。

关键词：结构设计；优化设计；CFG桩复合地基

一.优化设计的意义及重要性

玺云台小区1#2#楼均为地上18层建筑，根据《高层民用建筑设计防火规范》，其属于二类高层建筑。对于高层建筑，其作为城市发展的方向，建设周期长，投资量大，人员相对密集，因此对其设计要求更高。大量的统计数据和实践表明，整个房地产项目投资中，结构成本占到建安成本的40%～60%，因此结构设计优化就成为整个设计阶段成本控制的重中之重。对于结构工程师而言，如何在保证不牺牲结构安全度和抗震性能的前提下，对结构设计进行深入调整、改善和优化，达到最优结构方案以节约投资是非常重要的。

二、关于计算模型的优化

优化计算模型首先要对参数进行调整，大多参数的调整范围都有一定的阈值，在符合规范允许的条件下，合理的调整相关参数，能在不影响建筑结构安全和稳定性的情况下达到最优化。本工程中对于计算模型的参数调整主要包括周期折减系数、梁保护层厚度、柱保护层厚度、边缘构件箍筋强度等，结合本建筑自身的具体情况以及从经济角度来讲，不需要考虑重力二阶效应（P-Delt）。

在结构布置方面，剪力墙的长度和数量主要以位移指标来控制，规范规定纯剪力墙结构的层间位移比限值为1/1000，为充分发挥剪力墙的作用，在保证建筑物安全富余的前提下减少不必要的剪力墙，从而从整体上节约造价。为此可以根据以下环节来调整优化计算模型：一、取消部分效率低的小墙肢及小墙垛，减小边缘构件数量，减少钢筋及混凝土用量；二、调整墙体布置后，减小Y向整墙长度，使得地震力分布更加均匀，对应墙段墙体配筋减少；三、在不增加板厚及配筋的前提下，取消那些小跨度楼板隔墙下的次梁 （如厨房、卫生间等），因为楼板本身足以承载那些填充墙，不需要单独设梁，这样即可减少梁混泥土和钢筋用量， 也可减少板负筋用量，同时，建筑使用更加灵活。

通过一系列的优化设计，可以看出，优化后的结构工程不仅降低了造价，而且在一定程度上增加了建筑的使用功能的灵活性。

三、CFG桩复合地基

由于城市发展的迅速扩张，城市居住用地的的可使用空间被逐渐压缩，因此，高层和超高层建筑就应运而生。此类建筑物对建筑地基的要求就越发严格，尤其是土质松软或者土层结构复杂的地区， 对地基的稳固处理就显得尤为重要。同时，城市工业化进程中所带来的环境问题也越来越严重，如果能对如电厂的粉煤灰等垃圾进行合理的应用，一方面不仅能减少环境的污染，一方面又能进行废物利用从而降低建筑工程的造价。CFG桩复合地基即可解决上述问题，其具有工程造价低、施工速度快等优点，因此，在现代建筑中有着广泛的应用。

根据《玺云台小区三期1#、2#商住楼岩土工程勘查报告》提供的工程地质剖面的相关资料，其1104.5m处主要是第③层粉质黏土，该土层的承载力特征值在1103.0m以上为140kpa，在1103.0m以下为180kpa，因此，采用天然地基就无法满足设计要求。而在第③土层之下的第④层粉细砂层，该土层厚度较大，层位稳定，饱和，密实，属于低压缩性土，可以作为主楼的基础持力层，所以对于本工程，建议采用CFG桩复合地基，并在原设计方案的基础上，继续采用筏板基础 ，主楼外南北两侧的挑出距离减小到500mm，基础底面积由原来的828O减少到639O，同时将CFG基桩由621根减少到375根，通过对CFG桩复合地基的优化，减少了基础底面积和CFG基桩的根数，在一定程度上降低了本工程的工程量，缩短了工期，同时不影响建筑物的使用功能，达到了项目过程中对投资成本进行有效控制的目的。

四、结构施工图设计的优化建议

为了使施工图能够更好的为整个建筑项目的施工过程服务，有效提高设计及施工的效率，避免不必要的浪费，降低建设成本，就需要根据建筑功能要求对结构构件等进行优化设计，并考虑到各个细节问题，使得施工图不仅流于图纸表面，而是能够真正的为施工方提供简洁、直接、易懂的图纸，同时能够简化施工流程，降低施工难度，也就避免了施工过程中由于设计和施工不能有效良好的衔接而造成的时间以及经济上的损失。

施工图的设计过程中有很多细节的地方需要设计人员仔细的考虑，本文借用玺云台小区项目中施工图存在的问题，对施工图的优化作了如下调整：

4.1 关于地下一层的边缘构件

在原施工图的地下一层墙平面布置图中可以看出，原施工图存在纵筋偏大，箍筋配筋偏大，水平支距偏小等问题，从经济的角度考虑，并不是最优方案。根据《高层建筑混凝土结构技术规程》第7.2.14条，规范中指出应在底部加强部位及相邻上一层设置约束边缘构件。但是在本工程项目中，地下一层并不是底部加强区，因此不需要设置约束边缘构件，经济而实用的做法是将首层阴影范围约束边缘构件纵筋向下延伸至地下一层，纵筋根数和直径不变，箍筋按照构造边缘构件要求增加一定数量，取消阴影区。再根据《高层建筑混凝土结构技术规程》中第7.2.15条以及7.2.16条的规定，约束边缘构件或构造边缘构件的箍筋或拉筋沿水平方向的肢距不宜大于300mm，不应大于竖向钢筋间距的两倍。因此建议可以根据规范的要求，加大钢筋直径，同时减小纵筋根数，使得箍筋或拉筋的水平肢距维持在200mm～300mm的范围内，从而使得建筑项目的经济性达到了最优化。

4.2 关于楼板板厚

关于三层板配筋图楼板厚度，按照原施工图可以看出，除了个别板块以外，主楼与裙房楼板厚度均为150mm，板厚过大，不经济，根据《混凝土结构设计规范》GB50010-2010第9.1.2条，双向板跨厚比不宜大于40，因此，建议主楼与裙房屋面板跨后比均按40控制，且主楼范围楼板厚度不小于100mm，裙房范围楼板作为屋面板，其厚度不小于120mm即可。同样，对于标准层的板配筋图，原施工图中楼板厚度均为110mm，依据上述规范条文，对于短跨跨度不大于3.6的双向板，板厚可以调整为100mm。

以上是针对本项目的施工图中存在的一些做了列举，既是本工程项目中存在的问题，也是建筑结构设计从业人员在工作中常见的问题，鉴于本文篇幅缩限，不再一一列举。但是分析此类的问题的共性，可以看出，在绘制施工图的过程当中，熟练、合理的应用规范，考虑施工流程的简便易行，优化结构构件设计，也能对整个建设项目在优化控制上提供一定的帮助。

参考文献：

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