建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計策略探究

王漢成

摘要：隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，人們的生活質(zhì)量也得到了改善，同時也對建筑結(jié)構(gòu)提出了更高的要求。但當(dāng)前建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計并不是那么完美，比如高層核心筒設(shè)計的問題、建筑結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)設(shè)計問題，地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計問題等。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中出現(xiàn)的問題對建筑的使用都會產(chǎn)生不良后果。因此設(shè)計人員必須采取有效的措施優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計，保障建筑工程的安全和穩(wěn)定，滿足人們對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的要求。

關(guān)鍵詞：建筑結(jié)構(gòu);結(jié)構(gòu)設(shè)計;優(yōu)化設(shè)計;設(shè)計策略

一、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中存在的問題

（一）高層核心筒剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計的問題

在某項目中，工程地下三層核心筒剪力墻設(shè)計混凝土的等級是C50，在混凝土澆筑施工之后，按照規(guī)定的拆模時間開始拆模，在中途應(yīng)該進行測溫，內(nèi)外溫差應(yīng)相等。在拆模的過程中，可以發(fā)現(xiàn)核心筒墻體多個地方出現(xiàn)了蜂窩，還有部分露筋和墻體裂縫等多種質(zhì)量問題，這些質(zhì)量問題主要出現(xiàn)在主樓部分的地下三層?xùn)|、西兩個核心筒體剪力墻上，在墻體轉(zhuǎn)角的暗柱、門洞暗柱、暗梁筋密集區(qū)以下。根據(jù)檢查的結(jié)果可以知道，蜂窩的面積比較大并且露筋比較多。根據(jù)建筑工程質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)，各項指標(biāo)都超過了標(biāo)準(zhǔn)值，這會對整體結(jié)構(gòu)的承載力造成重要的影響。經(jīng)分析，主要原因是墻厚度過厚，且混凝土澆筑超高未采取相應(yīng)施工措施，導(dǎo)致混凝土離析。

（二）建筑結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)設(shè)計的問題

建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計圖紙是一個比較重要的環(huán)節(jié)。地基的設(shè)計在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計圖紙中更是非常重要的部分，承載整個建筑物的荷載，直接影響了建筑的根基。并且地基選擇的情況對建筑物經(jīng)濟性指標(biāo)有較大影響，一些項目在土質(zhì)和承載力允許的情況下完全可以用天然基礎(chǔ)代替樁基礎(chǔ)，進而可以大大減少所需的費用。因此，選擇地基時要合理考慮其基礎(chǔ)形式。

（三）地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計的問題

假設(shè)地下室的設(shè)計出現(xiàn)問題的話，就會影響建筑物的抗震性能，還會使地下室的造價升高。關(guān)于半地下室埋深工作環(huán)節(jié)，要求應(yīng)該高于地面，這樣才不會計入層數(shù)，并且建筑高度要從室外地面為基礎(chǔ)算高度，還要統(tǒng)一地下室墻柱和上部結(jié)構(gòu)的墻柱。在地下室內(nèi)外板面的標(biāo)高變化的地方，超過梁高范圍的話容易造成錯層，面對這種情況需要采取有效的措施，否則上部結(jié)構(gòu)的嵌固部位不能用地下室頂板。相關(guān)規(guī)定中還明確了地下室頂板如果是上部結(jié)構(gòu)的嵌固部位就要使用梁板結(jié)構(gòu)，而地下室頂部如果不使用梁板結(jié)構(gòu)就無法作為嵌固結(jié)構(gòu)，比如在使用無梁樓蓋時就不可以。建筑結(jié)構(gòu)計算時應(yīng)該從滿足嵌固端的要求，比如地下室樓層。在這個過程中經(jīng)常會出現(xiàn)半地下室埋深不符合要求的現(xiàn)象，比如包括半地下層在內(nèi)的房屋層數(shù)達(dá)到或超過八層時，這就違反了《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》的相關(guān)條文。

二、建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計策略

（一）高層核心筒剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化

在相關(guān)指標(biāo)的要求下，平筏板基礎(chǔ)是可以用于核心筒剪力墻結(jié)構(gòu)，一般相對樁基礎(chǔ)而言會比較經(jīng)濟，但這有一個前提，也就是計算的地基承載力需要符合要求。樁基礎(chǔ)和平筏板基礎(chǔ)不同，樁基礎(chǔ)的施工要求和周期多且長，而平筏板基礎(chǔ)的施工相對比較簡單。

設(shè)計人員在優(yōu)化梁體系過程中可以將梁寬度在滿足計算要求的情況下控制在350或300mm以下，可避免使用四肢箍;相比于增加梁的寬度，增加梁的高度對提高梁抗彎剛度的效果更好。同時要調(diào)整板厚空，需要將次梁間距控制在120毫米或100毫米，還可以根據(jù)實際情況改變核心筒剪力墻的厚度，但是必須要保證滿足規(guī)范和計算要求，因為若結(jié)構(gòu)的截面過大，自重增大，板厚增加，地震力的作用也會變大，相應(yīng)配筋比例也會根據(jù)情況進行增加，這樣會使造價升高。

例如，在一個建筑項目中的寫字樓建筑設(shè)計中，可以知道寫字樓在地上是24層，在地下有兩層，再加上7度設(shè)防，基礎(chǔ)形式為平板式筏形基礎(chǔ)，并采用普通框架梁加現(xiàn)澆空心板體系形成的標(biāo)準(zhǔn)層梁板，樓板厚度130mm，其結(jié)構(gòu)體系為框架-核心筒結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)平面和立面規(guī)則，結(jié)構(gòu)形式合理。此項目中，基礎(chǔ)建筑采用的是天然地基，沒有使用樁基，這是因為天然地基比樁基的經(jīng)濟性高;但是因為天然地基樓蓋的混凝土折算之后厚度是非常大的，這就會導(dǎo)致配筋比例的升高，使自身重量增加，導(dǎo)致地基承載力余量偏小。此項目梁和板的截面均較大，使地震力增加，且經(jīng)濟性不高。

（二）基礎(chǔ)設(shè)計的優(yōu)化

基礎(chǔ)設(shè)計中使用樁基礎(chǔ)時，建筑物的每個部分所承受的力度是不一樣的;樁基礎(chǔ)的采用需要考慮地質(zhì)可以的情況下可以采用高強度的混用土預(yù)應(yīng)力管樁;工程采用大直徑的灌注樁，這就需要選擇適合的樁徑與樁長，然后可以采取壓漿技術(shù)，有利于是承載力大幅度提高;上部結(jié)構(gòu)的剛度在情況允許時可以選擇利用樁、承臺和樁間土的共同作用。

在傳統(tǒng)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計概念中，蝶形沉降、馬鞍形反力分布是由箱基、筏基和樁筏基礎(chǔ)導(dǎo)致的，這種情況的發(fā)生使整體箱筏產(chǎn)生彎矩，并在上部結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生了次應(yīng)力。有一些框剪、框筒的荷載并不均勻，可以考慮使用變樁徑結(jié)構(gòu);一些主裙連體結(jié)構(gòu)設(shè)計，可以使用樁基等，這樣可以增強主體，或采用天然地基、疏短樁基、復(fù)合地基，這樣可以弱化裙房，應(yīng)該根據(jù)這樣的要求進行建筑設(shè)計。

剪力墻雙向鋼筋錨入基礎(chǔ)的長度或者樁架縱筋，在沒有抗震設(shè)防時，在基礎(chǔ)設(shè)計中鋼筋的混凝土保護層的厚度必須比鋼筋直徑的三倍還大。而且需要配有箍筋，根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》，錨固長度在計算時可以乘以0.8，還需要按照相關(guān)要求規(guī)范，在錨固范圍內(nèi)的鋼筋應(yīng)該配置固定樁縱向鋼筋。對于建筑物有抗震要求時，鋼筋錨入長度需要根據(jù)抗震要求設(shè)防錨固，比如柱縱筋、剪力墻豎向鋼筋等結(jié)構(gòu)。

（三）地下室的優(yōu)化

層高和荷載對地下室造價有著重要的影響。在實際項目中可以針對這兩項對地下室進行優(yōu)化。若地下室層高降低，開挖深度減小，降水深度也減小;可以針對荷載取值和荷載組合進行優(yōu)化，例如覆土的厚度與荷載需要嚴(yán)格把控，有一些建筑單位地下室設(shè)計中頂板荷載計算為10kN，其實此荷載取值是偏保守的，地下室設(shè)計相關(guān)規(guī)范中，只注重了施工過程中上部結(jié)構(gòu)加在地下室頂板腳手架上荷載，但是真正施工時，腳手架荷載和覆土荷載是不同時存在的，因此地下室頂板活荷載的取值可以優(yōu)化為每平方米4kN。在地下室結(jié)構(gòu)的構(gòu)件中，地下室中的底板和基礎(chǔ)梁的造價費用是比較高的，在地下室設(shè)計過程中要注意地下室整體標(biāo)高不能太高，有利于支護成本的降低，還能降低土方開挖和外運的工作時間。

如果對地下室有防水的要求時，那么地下室頂板的厚度不能小于250毫米，并且裂縫的寬度不能大于0.2毫米，并且相互不得貫通。外墻配筋應(yīng)盡量選用小直徑鋼筋，地下室設(shè)計的重點部分還要加入附加筋。若是在高層建筑中，地下室頂板的厚度一般不能小于160毫米，而且地下室的頂樓板是上部結(jié)構(gòu)嵌固部位時需要使用梁板結(jié)構(gòu)，并且樓板厚度不能比180毫米小，其混凝土的強度不能比C30低，需要設(shè)計雙層雙向配筋。地下室每一層的各個方向的配筋率等于或大于百分之二十五。對于地下室抗浮設(shè)計環(huán)節(jié)，需要加強抗浮結(jié)構(gòu)的總量，抗浮結(jié)構(gòu)部分包括底板及外墻的延伸，地下室頂板上的覆土部分，在條件允許時需要將砂卵石鋪在地下室底板上。

結(jié)束語：

綜上所述，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計對建筑工程的開展十分重要，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的高效性是決定建筑工程順利開展的前提。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中，設(shè)計人員需要嚴(yán)格遵守建筑結(jié)合設(shè)計的規(guī)定，并結(jié)合一些先進的技術(shù)和經(jīng)驗。當(dāng)前建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中有一些比較突出的問題，需要從高層核心筒剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計、基礎(chǔ)設(shè)計及地下室進行設(shè)計優(yōu)化，從而保障建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的高效性和經(jīng)濟性。

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