建筑结构含钢量控制

1优化设计技术措施中南大学土木工程学院庄伟一、方案1.1梁（1）对于框架结构次梁，力流的分配要均匀，梁的布置要多连续，充分利用梁端的负弯矩来协同工作。当柱网长宽比小于1.2时，在满足建筑的前提下，次梁要沿着跨数多的方向布置当柱网长宽比大于1.5时，宜采用加强边梁的单向次梁方案。单向次梁应沿着跨度大方向布置，落在跨度小的住梁上，大家一起合力一起跨越大跨度，而不是依附在别人身上跨越长距离。（2）对于楼面层的次梁，为了减小传力途径，可以把小于2.4m的填充墙下次梁去掉（200mm厚），或者小于4m的填充墙下次梁去掉（100mm厚），局部附加钢筋2@14；或者墙底附加筋，一般可参考以下规律：L≤3.0m，3根8，L≤3.9m，4根8，L≤4.5m，3根10。（3）对于屋面梁，可以对次梁布置进行优化，因为次梁其上没有填充墙线荷载，是为了分隔板，可以去掉一些跨度不大的次梁。（4）若非刚度及连接一字形墙的需要,不宜设置高连梁,因梁越高混凝土用量越大,构造配筋越多.连接较厚(350～400mm)剪力墙的连梁宽度若非刚度需要不一定与墙相同,这样可以减少不必要的梁构造配筋量及混凝土用量,省下的空间还可满足其他建筑功能的需要。（5）当结构刚度不足时，应优先加大高效框架的截面，其它部位竖向构件满足竖向承重即可。对于抗侧刚度而言，加大梁高比加大竖向构件截面见效快，住宅可以利用窗台做上反梁。（6）高层梁柱偏心问题（注意多层无要求），可以采用两端水平加腋来解决，不必加大整条梁截面。1.2板（1）短边跨度比较小（比如小于3.2m），屋面板在满足强度、裂缝挠度、防水等的前提下，没必要做120mm，可做100mm。（2）屋面采用结构找坡（有施工条件时），一则可以减小荷载，二则可以节省建筑找坡用料，三则可以减少施工环节。（3）21.3墙剪力墙的布置原则是：外围、均匀、双向、适度、集中、数量尽可能少。周期比、位移比、剪重比的都与扭转变形与相对扭转变形有关，结构布置均匀及用减法都很有效果。优化原则如下（1）在满足周期比、位移比的前提下，通过剪力墙的轴压比与层间位移角，看剪力墙优化的可能性。一般是减小内部的剪力墙，对于6度、7度区剪力墙间距一般为6~8m；8度区剪力墙间距一般为4~6m。让剪力墙的布置尽量x或y方向两侧均匀；（2）一个33层的剪力墙，可以每隔8~10层分段把剪力墙的长度变短，把剪力墙由T型变成L型等，一般变2~3次。（3）电梯机房由于受力较小，为了减小边靴效应，可以不把剪力墙伸上去，而采用异形柱或者长扁柱。（4）多布置L形、T型剪力墙，尽量不用短肢剪力墙、一字形剪力墙、Z形剪力墙。短肢剪力墙，一字形剪力墙受力不好且配筋大，而Z形剪力墙边缘构件多，不经济。对于L型剪力墙，其平面外有次梁搭接，可以增加一个100mm的小垛子，构造配筋即可，建模不建进去；（5）楼梯间与电梯井一般剪力墙布置的比较多，造成刚度分布不均匀，可以减少楼梯间与电梯井的剪力墙（特别是电梯井），遵循外强内弱、均匀的原则。（6）剪力墙最短长度一般可控制在1650mm。（7）住宅剪力墙应分布均匀，长度与受荷面积相适应，剪力墙较密的部位可以改用少量框架柱或短肢剪力墙，剪力墙布置在整体上应显得分散、稀疏，方便基础设计。（8）剪力墙结构含有少量框架柱时，应控制框架柱承担的倾覆力矩在10%以内，避免按框架剪力墙结构设计而造成剪力墙抗震等级的提高。（9）水平作用较大，按剪力墙结构设计层间位移角难以满足要求时，可以考虑加多一些框架柱，从而按框剪结构控制层间位移角。3（10）小高层（≤18层）剪力墙结构可以通过提高底部砼强度等级或适当加厚，控制轴压比不超过0.3，从而仅置构造边缘构件。（11）剪力墙结构在高出最大位移角楼层两层以上的区域，剪力墙可以变一次截面，主要是减小墙肢长度。（12）广东省内项目，当墙肢在标准层为一般剪力墙时，底部加厚之后仍为一般剪力墙，不管厚度为多少。广东省外项目，剪力墙在底部加厚，避免形成短肢墙。加厚的原则如下：计算需要（包括刚度不足、稳定性不够、超筋或配筋太大等原因）才加厚上部剪力墙若本身是一般剪力墙，在下部因计算需要加厚，应保证加厚之后仍为一般剪力墙。若上部墙长为1700，直接加厚为310，若上部墙长在（1700,2100）之间，可将下部墙加长至2100，厚度只需加厚至250即可。上部剪力墙若本身就是短肢墙，可以仅按计算要求加厚，不必一定要加到310成为一般剪力墙。（13）.剪力墙转换时尽可能控制被转换的剪力墙面积在10%以内，仅对转换构件进行加强，不必按框支剪力墙结构设计。抗规》6.11、高规》10.2.1、广东高规》11.2.1条文说明。但仍属于竖向构件不连续。（14）墙肢配筋较大，且建筑上有条件时，应适当加大墙肢长度，有时增加100~200，配筋都会显著减小。（15）实例1：框架-剪力墙结构优化实例2：1.剪力墙方案优化优化前：4优化后：1.4柱（1）≥400x400mm，且每10层0.3~0.4m2。（2）建筑平面呈扁长矩形时，柱截面也宜选择矩形，短边沿平面纵向，保证柱刚度用在最需要的方向（平面横向）。5（3）框架结构大柱子浪费（4）当高层框剪结构或者框筒结构时，柱子截面尺寸变化模数一般可取200mm。1.5地下室普通地下一层地下车库建安成本约1600元/平米，人防地下室约2300元/平米，地下一层加地下二层普通地下车库建安成本约2000～2200元/平米，地下一层普通地下车库，地下二层人防地下室的建安成本约2000～2500元/平米。在高层建筑大面积、多跨的地下车库中，应多采用垂直停车方式。而平行停车与斜角停车，仅应用于柱距较窄的某些跨度内。1.5.1柱网：7.8x7.8m（停3辆车，柱600x600mm，一侧有墙，则该侧8100mm的柱网），当采用扁柱时，也可以优化为7.6x8.1m。对于地下室楼板次梁布置，一般采用单向连续布置次梁方案比较省，而不采用井字梁；当柱网为8m左右且覆土≤0.7m，可以采用十字梁方案。也可以采用6x16.8m的柱网，采用整体现浇装配式大跨度预应力车库板，由于采用了预应力，一般可减小些造价，由于柱子的减少，可以增加车位。有条件时，可以采用7.8x5.6m的柱网。61.5.2层高非人防层高一般≤3.6m，人防一般≦3.7m；一般车库层高为3600mm，即700梁高+400风管+200喷淋+100预留+2200净高=3600。车库室内最小净高应≥2.20米，但局部可≥2.0m.梁底净高一般≥2.8m。优化方法：1、车道处净高为2.2米，保证车道处、及大部分的停车位处的净高为2.2米即可，无需把最不利空间的净高设置为2.2米。2、设备布置避开主车道；风道、喷淋等设备布置，设备管线交叉点尽量避开主车道，避免车库高度人为增高，减少浪费。3、设备用房处局部降板，车库与变配电间或水池等设备用房同层设计时，设备用房处局部降板，避免按设备房的高度设置层高。1.5.3覆土厚度景观覆土一般不超过1.2m，确实要种大树，可采用局部堆土方式。乔木≥1.2m，深根系≥1.5m，灌木0.5m，草坪地被≥0.3m。1.5.4人防车库位置独立地下车库必须按照比例配置人防地下室，每增加1平方米独立地下车库需配置0.3平方米人防地下室。人防应该尽量放在地下室的底层，由于地下室一层顶板与人防层底板都7是施加人防荷载，设置在底层，可以利用较厚的构造底板去抵抗其荷载。人防地下室要设置一些设备用房，设置在底层，可以加减小剪力墙的数量。1.5.5地下室底板厚度及配筋（1）如果几乎全部是构造配筋且抗冲切余量较大，可以适当的减小板厚。（2）地下室底板抗浮时，厚度可参考以下规律：应采用无梁底板，经验厚度（以下数据用于大柱网，采用小柱网时减少50mm）：水头≤3m时，300mm3m＜水头≤4m时，350mm4m＜水头≤5m时，400mm5m＜水头≤6m时，450mm6m＜水头≤7m时，500mm，以此类推，每增加1m水头板厚增加50mm。（3）地下室底板规律：柱墩平面尺寸≤0.4倍柱距时，柱墩越大，底板可以取得越薄，经济性越好。通过调节柱墩大小，使跨中板带支座钢筋配筋率刚好为0.15%。底板下地基土为老土时，底板向下作用的恒载和活载直接由底板下地基土承受。人防底板应按战时和平时荷载作两次分析，若受力钢筋由平时荷载控制，通长钢筋配筋率可取0.15%而不是0.25%。地基承载力较高时，按独立基础加防水板设计比按筏板设计要经济。1.5.6地下室外墙厚度（1）如果构造配筋较多，一般可以减小地下室外墙的厚度。8（2）根据外墙高度选择不同的厚度，一般取计算高度的1/15。（3）把外墙的最大配筋率控制在0.5%左右。地下室外墙不设置外墙暗梁，也不设置基础梁。（4）按正常计算的外墙厚度＞500mm时，考虑对底部弯矩进行调幅。（5）当外墙计算高度大时，通过设置扶壁柱、肋梁等改变外墙的传力模式。（6）在不影响建筑使用的情况下，楼盖跨度较大的部位尽量加柱子；框架梁在外墙的支座位置仅设置暗柱，截面为墙厚×600~800，视配筋大小而定。1.5.7地下室顶板厚度及方案在满足计算的前提下，有些地方可以取到160或200mm，而不是250mm。1.5.8地下室抗浮根据当地习惯和造价因素综合确定抗浮方案。一般来讲，若已设置抗压桩时则顺带利用抗拔桩抗浮比较经济，否则采用锚杆抗浮可能比较经济，若结构自重和水浮力相差不多时，可以采用增加配重抗浮。注意：华南地区锚杆造价较高，华东地区则相对便宜得多。地下室底板外挑，考虑外挑部分的覆土压重，可以节省部分抗浮措施费用。当采用管桩抗浮且抗拔桩数量较多时，可以考虑在柱下设置抗拔兼抗压桩，在底板跨中设置纯抗拔桩，直接抵消部分水浮力，减小底板配筋，抗拔桩仅以桩长控制即可，无需按抗压桩严格控制贯入度，方便施工。地下室抗浮计算时，一般直接用SATWE的恒载计算值，不用手算恒载计算值。91.5.9坡道（1）有条件时，坡道底板两侧应尽量采用斜梁支撑，而不是采用砼墙，一来节省材料，二来坡道下空间可以利用。（2）坡道底板应尽量设置次梁，减小坡道底板的厚度。（3）为施工方便，坡道起坡的三角形位置采用C15素砼回填，回填的最大高度不超过1m。（4）坡道位于地下室范围外的部分，坡道底板应随建筑起坡，不得做双层板或将坡道侧墙落低与地下室相平，该部分也不必打桩。1.5.10其它（1）去除停车死角（无法停车）位置，减少无效面积；充分利用地库角部空间，布置机房及竖向交通口。（2）地下室顶板采用结构找坡。（3）1.6基础及底板（1）10从经济性的角度，一般天然地基≥地基处理≥桩基础≥桩筏基础，但应做经济比较。（2）能采用独立基础+防水板时，不采用筏板基础；独立基础防水板上竖直向下荷载，可以考虑直接传给地基土，竖直向上荷载，可以按无梁楼盖设计，用PKPM中的SLABCD或者理正小工具计算。（3）剪力墙下布置装基础时，尽量采用墙下布置桩且布置在端部，减小其传力途径，承台梁一般可以构造配筋。（4）对于筏板基础，江湖中一般按50mm每层估算一个筏板厚度，其实这只是一个传说。筏板厚度与柱网间距、剪力墙间距、楼层数量关系最大，其次与地基承载力有关。一般来说柱网越大、楼层数越多，筏板厚度越大。对于20层以上的高层剪力墙结构，6、7度可按50mm每层估算，8度区可按35mm每层估算（因为剪力墙比较密且墙长，可以从无梁楼盖跨度变小板厚变小的道理去类比）；对于框剪结构或框架-核心筒结构，可按50~60mm每层估算。局部竖向构件处冲切不满足规范要求时可采用局部加厚筏板或置柱墩等措施处理。当按估算的板厚布置筏板后，一般可以用以下两种方法判断筏板厚度是否合适，第一，点击【筏板/柱冲板、单墙冲板】，看R/S值大小，柱、边剪力墙的抗冲切R/S应大于1.2，因为不平衡弯矩会使得冲切力增大，对于中间的柱或剪力墙，其R/S应大于1.05，留有一定的安全余量，如果比值远远大于上面的1.2或1.05，说明板厚可减小；第二，点击【桩筏、筏板有限元计算/结果显示/配筋量图ZFPJ.T】，如果单层配筋量（按0.15%计算）为构造，一般可能板厚有富余，可减小