結(jié)構(gòu)優(yōu)化在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

王 凱

（陜西同濟(jì)土木建筑設(shè)計(jì)有限公司，陜西 西安 710002）

結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容及方向：1.通過(guò)測(cè)量、試驗(yàn)、勘查等方法，取得更符合實(shí)際的參數(shù)，例如施工前的試樁；2.結(jié)構(gòu)體系選擇：選擇適應(yīng)建筑體型的結(jié)構(gòu)形式，實(shí)現(xiàn)對(duì)總高、層高、跨度、深度、荷載的控制指標(biāo)；3.模型調(diào)整：包括布置、構(gòu)件規(guī)格，更好的適應(yīng)相應(yīng)結(jié)構(gòu)形式的受力特點(diǎn)，提高承載、抵抗變形效率，改善效應(yīng)4.精確計(jì)算：準(zhǔn)確揭示內(nèi)力、應(yīng)力、變形，科學(xué)分析其特征；5.更精細(xì)的分類：主要是強(qiáng)化區(qū)分，弱化歸并；6.合理構(gòu)造；

1 地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)優(yōu)化

基礎(chǔ)在結(jié)構(gòu)總造價(jià)中占有較大比例，相對(duì)于上部結(jié)構(gòu)采用的可靠度方法，地基基礎(chǔ)往往需要考慮考慮沉降抗浮等問(wèn)題需要有更高的安全余量，應(yīng)重視對(duì)地質(zhì)標(biāo)高的分析研究，根據(jù)不同的需求采用不同的地基基礎(chǔ)方案。

對(duì)于多層建筑采用獨(dú)立基礎(chǔ)時(shí)，可從以下幾點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化：1）持力層及承載力選擇合理；2）局部較深的基底，其土層承載力可按個(gè)別埋深單獨(dú)修正；3）基底零應(yīng)力區(qū)可根據(jù)抗規(guī)4.2.4要求取為0.15；4）相距較近的柱，可適當(dāng)改變獨(dú)基長(zhǎng)寬，避免采用雙柱聯(lián)合基礎(chǔ)；5）采取較小的歸并系數(shù)，如0.1；6）構(gòu)造上可將“基礎(chǔ)邊緣高度”取為200；7）對(duì)于B＞2.5的獨(dú)基，縱筋用90%長(zhǎng)度并交錯(cuò)布置；8）基礎(chǔ)底面長(zhǎng)寬比，一般情況下取值為1時(shí)最優(yōu)，但有以下幾種情況時(shí)，最好使基礎(chǔ)底面成為矩形；a.兩柱相距較近，為防止形成雙柱基礎(chǔ)，而將獨(dú)基設(shè)計(jì)成兩個(gè)相互脫開(kāi)的長(zhǎng)方形；b.場(chǎng)地限制；c.柱底單方向彎矩較大，以獨(dú)基長(zhǎng)邊抵抗彎矩，受力更合理；

基礎(chǔ)設(shè)計(jì)采用樁基礎(chǔ)時(shí)，應(yīng)進(jìn)行深入的類比分析，考慮不同條件下的適用性。對(duì)于基巖埋藏較淺地區(qū)，應(yīng)優(yōu)先選用人工挖孔樁方案，充分發(fā)揮大直徑樁高端承的特性，有條件可進(jìn)行擴(kuò)底；對(duì)于沖積平面等以深厚細(xì)顆粒土層為主的地區(qū)，可優(yōu)先選用預(yù)應(yīng)力管樁或方樁，當(dāng)管樁使用受限制時(shí)，可采用長(zhǎng)螺旋鉆孔灌注樁，控制樁徑，發(fā)揮側(cè)阻力，在超高層中還可以輔以后注漿技術(shù)來(lái)提高承載力、減小變形；在含有卵石層的地區(qū)，需根據(jù)卵石的松散程度和最大粒徑來(lái)選用合適的工藝，當(dāng)卵石比較松散且最大粒徑≤50mm時(shí)，長(zhǎng)螺旋鉆孔灌注樁仍適用，當(dāng)最大粒徑不超過(guò)鉆桿內(nèi)徑的3/4時(shí)，仍可采用反循環(huán)鉆孔灌注樁，當(dāng)最大粒粒徑＞100mm時(shí)，可選擇旋挖工藝；對(duì)于濕陷性黃土層地區(qū)，根據(jù)其欠壓密性和濕陷性的特點(diǎn)，可采用擠密樁進(jìn)行濕陷性處理消除負(fù)摩阻后再進(jìn)行常規(guī)豎向設(shè)計(jì)。

2 抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系和結(jié)構(gòu)布置優(yōu)化

對(duì)于框筒結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在的問(wèn)題可從以下幾點(diǎn)考慮1）核心筒尺寸偏長(zhǎng)，可以在兩個(gè)方向通過(guò)梁高的差異來(lái)調(diào)整，使雙向剛度更接近；2）減小核心筒墻厚的思路是準(zhǔn)確的，核心筒就像是實(shí)腹懸臂受彎構(gòu)件，在剛度的影響因素上，外形尺寸比壁厚有效的多，另外翼緣的厚度比腹板厚度更加有效；3）當(dāng)塔樓與裙房一體時(shí)，單元?jiǎng)澐植灰怂腊宓难厮乔懈?，這樣不僅影響功能使用，不便施工，切分后的裙房本身抗震不利，可考慮各塔樓帶一部分裙房，避免塔樓偏置即可；4）對(duì)于超高層可合理設(shè)置伸臂，避難層可緩解剛度突變，同時(shí)抗剪承載力突變可采用加型鋼等方式解決；5）對(duì)于一般跨度在11m以內(nèi)的框筒結(jié)構(gòu)，核心筒與外框架框架梁高可可控制到700mm，降低層高及總高度；6）核心筒下樁與外框架下樁應(yīng)力相差較大，應(yīng)采取措施調(diào)減框架下樁應(yīng)力。

3 樓蓋體系優(yōu)化

對(duì)于結(jié)構(gòu)樓蓋，特別是地下室頂板樓蓋，采取不同形式對(duì)凈高、層高、土方開(kāi)挖、抗浮措施有很大影響。

車庫(kù)頂板樓蓋形式結(jié)構(gòu)成本分析

根據(jù)分析可知，大跨度柱網(wǎng)，當(dāng)最小板厚不受最小防水厚度要求限制時(shí)，采用無(wú)梁樓蓋和單向次梁較省；當(dāng)最小板厚按250mm控制時(shí)，次梁結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)不再，反而會(huì)由于模板工程量增加，造價(jià)反超主梁大板；同時(shí)該體系會(huì)導(dǎo)致主框架梁截面偏大，影響高度，此時(shí)可通過(guò)大板板端加腋形成拱效應(yīng)減小配筋，控制梁高。從柱網(wǎng)角度來(lái)看，對(duì)于剛需產(chǎn)品可優(yōu)先選用大小柱網(wǎng)。