多层框架结构课程设计

2022-10-28

第一篇：多层框架结构课程设计

多层框架办公楼结构设计的文献综述

摘要：本文通过对

某办公楼的框架结构设计，结合结构设计需要注意的各种问题，通过对图集的查阅，以及相关书籍的参考，规范的参照，结合计算机应用软件以及相关工程设计的软件，合理进行结构布置;确定结构方案;进行结构设计计算;编写相应的结构计算书;绘制结构施工图。关键词：毕业设计五层框架结构设计办公楼正文：

早期的高层建筑功能上几乎只是单件的办公楼。在办公以外，不过附带一些辅助办公从业人员生活的所谓办公辅助商业设施。然而，现在高层办公建筑与其他功能复合化的情况很多，可与商业设施、住宅、文化设施、宾馆、车站等公共设施复合。综合大楼是指一个建筑物中同时拥有多种功能的办公楼。在这种设计中，重要的是要设定整体的概念，决定如何将不同的用途综合在一起。

一、现代办公楼的发展与趋势

随着经济的发展，城市用地日趋紧张。办公楼的发展向高层、综合性、灵活性和智能性发展。钢筋混凝土的迅速发展为办公楼建筑向高层的发展的平面布局提供了有利的条件。对于大开间的布置，采用较大柱网，少设分割墙，办公市内部区域可自由分割。高层办公楼建筑的主要布局多采用这种模式。这种布局不但增大了使用面积，而且缩短了交通面积，同时有利于结构的计算，以及施工的方便快捷。

二、建筑设计

根据设计任务书的要求，综合考虑环境条件、使用功能、设备材料、建筑经济、空间要求、地基处理等问题，着重建筑物内部的使用条件和空间布置的限制，结合周围环境和建筑物本身、与外部环境相适应，达到外部与内部协调的艺术性，细部的构造方案等，创作出既符合人们生活需求又符合人们的审美价值观的建筑。建筑设计要以使用功能，自然环境，设计标准、国家规范、国家规程、地方规范、建筑模数等为依据，制定出满足建筑要求的设计方案。

三、平面构成

在标准层时应考虑作为单一空间的办公室空间，以及集中了如电梯间、楼梯、洗手间和设施等垂直方向重复通用的要素核心筒部分。在决定办公楼的空间时，大致框架除了受核心筒类型的影响外，其也受到办公室的进深尺寸以及柱间隔尺寸和吊顶的高度的限制。

为了和标准的对称式办公室容易取得一致，办公室的进深一般都在12~18m。为避免在发生火灾等避难疏散时造成混乱，在进行避难流线设计时，要尽量同日常人流设计的一致，并容易识别，并且保证避难通道在火焰和烟雾中的安全。设计要做到火灾发生时，能将过廊和楼梯间同其他部分明确分开。具有使用方式的办公楼，一般情况下多使用3.0m~3.6m的模数。使用3.0m模数时，比较合理的是采用进深70cm的办公桌、办公家具的布置为对向式。

电梯布置，作为整体建筑物内人和物垂直流线的交通设计。要考虑的电梯的台数、规模、速度以及群体管理等的控制方法。

门厅作为交通枢纽，其主要作用上接纳、分配人流，室内外空间过渡及各方面交通的衔接。门厅的布局可以分为对称式与非对称式两种。对称式的布局常采用轴线的方法表示空间的方向感，将楼梯布置在轴线上成对称布置在主轴线两侧。门厅设计应注意：门厅应处于总平面中明显而突出的位置，一般应面向主干道，便人流出入方便。门厅内部设计要有明确的导向性，同时交通流线组织简明醒目，减少相互干扰成不知所以的现象。由于门厅是人们进入建筑物首先到达、经常停留的地方，因此门厅的设计，除了合理地解决好交通枢纽等功能要求外，门厅内的空间组合和建筑选型要求，也是公共建筑中重要的设计。

对窗户进行设计时，不仅要表现出建筑外形造型，而且还要考虑到室内良好舒适的办公环境。功能要求：

1、采光面积。

2、在自然排烟时，保证法规上规定的必要开窗面积。

3、保证法规上规定的紧急出入口的位置和大小。

4、考虑节能的开窗大小和玻璃种类。

5、开窗大小要与办公室的进深相吻合。

6、办公的安全性和居住性。

7、窗边部分空调设备的放置位置。

此外，还要求对水密、气密性能，耐热，隔音，耐火性能作一定保证。防灾设计：在平面设计上，要设置出有效的避难分区，将火灾区域同其他的区域有所区别，设计出不通过火灾区也可以进入到安全分区疏散通道。在剖面设计中，首先必须根据各楼层的楼面作为完整的水平分区。另外，不要和楼梯、设备、竖井等垂直方向的流线和路径发生偏差，并将这些地方作为独立的分区，与其他的部分明确区分开，以防止有烟进入。

四、构件设计及构造措施

从抗震设计及非抗震设计的内力组合设计值中，选取最不利的内力设计值进行截面配筋计算。构件的抗震承载力计算方法 (1) 正截面承载力。试验研究表明，在低周反复荷载作用下，构件的正截面承载力与一次加载时的正截面承载力没有太多差别。因此，对框架梁、柱、剪力墙及连梁等构件，其正截面承载力仍可用非抗震设计的相应公式计算，但应考虑相应的承载力抗震调整系数。 (2) 斜截面受剪承载力。试验研究表明，在低周反复荷载作用下，构件上出现两个不同方向的交叉斜裂缝，直接承受剪力的混凝土受压区因有斜裂缝通过，其受剪承载力比一次加载时的受剪承载力要低，因此抗震设计时，框架梁、柱、剪力墙及连梁等构件的斜截面受剪承载力取比非抗震设计时低，且应考虑相应的承载力抗震调整系数。抗震设计时，构件除应具有足够的承载力和适当的刚度外，还应具有良好的延性，为此截面设计应遵循以下原则： (1) 强柱弱梁。指设计框架时应保证框架柱的受弯承载力大于梁的受弯承载力，避免柱中出现塑性铰而形成柱较型破坏机构。因为梁铰机构的抗震性能优于柱铰机构。 (2) 强剪弱弯。指框架梁、柱、剪力墙及连梁等构件的斜截面受剪承载力宜大于件弯曲屈服时实际达到的剪力，防止构件发生脆性剪切破坏。 (3) 强节点、强锚固。强节点是指梁柱节点的承载力应高于相邻构件的承载力，强锚固是指构件在达到极限承载力之前不应发生锚固失效。这是为了防止节点破坏或锚固失效发生在塑性铰充分发挥作用之前，以确保框架结构的延性要求。

五、总结

由于空间分隔灵活，自重轻，有利于抗震，节省材料;具有可以较灵活的配合建筑平面布置的优点，有利于安排需要较大空间的建筑结构;框架结构的梁、柱构件易于标准化、定型化，便于采用装配整体式结构，以缩短施工工期;采用现浇混凝土框架时，结构的整体性、刚度较好，设计处理好也能达到较好的抗震效果，而且可以把梁或柱浇注成各种需要的截面形状。框架结构具有结构性能良好、施工方便、造价低廉、空间利用率高等突出优点。所以现在框架结构被普遍的使用，本次毕业设计采用的是框架结构的设计，培养了我们对具体条件分析问题解决问题的能力，并且培养了我们在对实际问题的独立自主的研究能力。

本次设计涉及到专业图集的使用和理解，专业规范的参照，还涉及到了计算机软件的应用以及相关程序的使用，提高了应用计算机的能力，并且加强了对设计中不断出现的问题的解决能力，增强了遇到事情的思考能力。

参考文献

[1]同济大学，西安建筑科技大学.东南大学，重庆建筑大学.房屋建筑学[M]北京：中国建筑工业出版社，1999.32-46 [2]陈文斌、章金良.建筑工程制图[M].上海：同济大学出版社，1996. [3]沈蒲生，梁兴文.混凝土结构原理[M].北京：高等教育出版社出版，2002.21-22 [4]李国强，李杰.建筑结构抗震设计[M]. 北京：中国建筑工业出版社2002.34-42 [5]GB 50011-2001 ，中华人民共和国建设部.建筑抗震设计规范[S].北京中国建筑工业出版社，2002;

[6]中华人民共和国国家标准：《建筑结构可靠度设计统一标准》(GB50068-2001)，中国建筑工业出版社2001年版。

[7]中华人民共和国国家标准：《建筑结构荷载规范》(GB50009-2001)，中国建筑工业出版社2001年版。

[8]中华人民共和国国家标准：《混凝土结构设计规范》(GB50010-2002)，中国建筑工业出版社2002年版。

[9]中华人民共和国国家标准：《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001)，中国建筑工业出版社2001年版。

[10]中华人民共和国国家标准：《建筑地基基础设计规范》(GB5007-2002)，中国建筑工业出版社2002年版。

[11]彭少民：《混凝土结构》(第2版)，武汉工业大学出版社2003年版。

[12]《混凝土结构设计规范算例》编委会：《混凝土结构设计规范算例》，中国建筑工业出版社2003年版。

第二篇：第11章多层框架结构设计研究性学习

第11章多层框架结构设计

结合自己的建筑设计大作业以及校园中的框架结构建筑实例和网络资料，并认真学习建筑结构教材中的相关知识，根据如下问题，制作PPT，完成11.1-2的研究性学习。

1. 如何理解抗震概念设计?在自己的建筑设计大作业中是如何体现的?(要有图)

2. 请谈谈对合理建筑体型的理解。评价校园中的任一栋框架结构建筑的建筑体型(要有图，照片)

3. 怎样理解多高层钢筋混凝土结构房屋结构布置的基本原则?分析扬子津校区的任一教学楼的结构布置。(要有图，照片)

4. 建筑物的抗震等级是如何确定的?

5. 根据多层框架的组成以及结构布置原则，完成自己建筑设计大作业的结构布置。(要有图和比较详细的分析)

6.在楼盖结构布置中，谈谈一根主梁上，布置几根次梁比较适当?

7.根据问题5的结构布置，请建立框架的计算简图并要有说明。(要有图)

8.谈谈建筑物上作用的荷载。

9.总结框架结构的内力计算方法。

10.参考文献和网站。

第三篇：答辩准备问题(土木工程毕业设计--多层框架结构)（范文）

一.保证结构延(塑)性破坏，防止脆性破坏原则要牢记，具体问题见下 (1) 为什么要控制柱子轴压比，轴压比的N是如何取值的?

答：控制轴压比的目的是为了防止柱子小偏心受压而发生脆性破坏。

计算轴压比时的N是竖向荷载与地震组合得到的轴力。轴压比太大，结构延性差，容易脆性破坏，轴压比不满足的时候，要加大柱截面，或者提高混凝土等级。轴压比本质上是混凝土受压强度发挥的程度。

(2) 结构设计中的“强”“弱”原则，以及实现手段

答：强柱弱梁。目的是为了防止建筑物破坏的时候坍塌，尤其是在地震作用的时候，希望梁端的塑性绞吸收大部分能量，从而保护建筑不至于坍塌。它是指在节点初柱端弯矩之和比梁端弯矩之和大，具体体现在钢筋配筋上。实现手段：1.梁端弯矩调幅，2.根据抗震等级不同，将柱端弯矩增大10%左右。3.梁的受压区高度小于0.35Ho

强剪弱弯。目的是尽量保证在发生弯曲破坏之前不发生剪切破坏，而前者是延(塑)性破坏。实现手段：节点加密箍。

强墙弱连梁。(剪力墙结构中的说法，意思是说，剪力墙要墙，剪力墙之间的连梁弱)，参考墙柱弱梁原则，希望连梁吸收地震能量，从而保护建筑不至于坍塌。

强节点，强锚固。抗震结构要求构件之间右更长的锚固长度。 (3) 超筋、适筋和少筋梁破坏的特征(为什么要控制配筋率)

答：超筋和少筋都是脆性破坏，适筋是延(塑)性破坏。超筋破坏是受拉钢筋还没有屈服时，受压区混凝土已经被压碎，崩裂，在破坏之前梁没有明显的挠度和裂缝，因此没有预兆，破坏呈脆性;少筋破坏是受拉钢筋过少，使得受拉区域混凝土一旦开裂，钢筋就很快屈服，甚至被拉断，使梁丧失承载能力，也表现为脆性破坏。

(4) 梁斜截面的破坏形式有哪些?

答：a. 斜压破坏，多发生在剪跨比较小，或者腹筋配置过多的时候，多发生在剪力大，弯矩小的区段内，危险性大。类似于弯曲破坏中的超筋破坏。

b. 斜拉破坏，多发生在剪跨比较大，无腹筋或者腹筋配置过少的时候，危险性大。类似于弯曲破坏中的少筋破坏。

c. 剪压破坏，发生在腹筋配置适合的时候，无腹筋梁剪跨比合适时候也可能发生剪压破坏，弯矩小的区段内。类似于弯曲破坏中的适筋破坏。

三种破坏形式都是脆性破坏，但是我们希望的破坏形式是剪压破坏(通俗的说，这种破坏形式是最接近于塑性破坏的)。一般通过剪跨比和配置腹筋来控制。

(5) 工程中遇到短柱怎么处理?是什么原理?

答：设计中要尽量避免出现短柱，短柱易出现受剪破坏，表现为脆性，如果出现短柱则要箍筋要全长加密。

(6) 为什么在框架结构设计中要求受压区高度不得大于0.35Ho? 答：超过后受压区高度太大，难以出现塑性绞，不符合塑性设计要求。

二.关于抗震方面的问题见下

(1) 为什么在设计的时候要考虑一个地震力调整系数?(梁端调幅)

答：a. 地震是突发的作用，时间短，变化快。将这种动力作用转换为等效静力作用进行设计时，构件在地震中实际承载力比按照静力进行设计时承载力要高，为了反映承载力的这一差异，抗震设计中引入了调整系数。

b. 地震中允许结构出现塑性绞，吸收地震能量，但是承载力不降低。

c .构件类别不同，调整系数也不同，比如梁是0.7

5、柱一般为0.8、受剪节点为0.85。调整系数的差异，也体现了强柱弱梁，节点最强原则。

(2) 为什么抗弯的时候那个系数为0.75，抗剪力的时候为0.85? 答：强剪弱弯原则。

(3) 为什么抗震设计中要先算水平作用，再算竖向荷载?

答：要先验算水平位移，满足后继续算竖向，如果水平位移不满足的话，要调整结构布置了，那如果你先计算的竖向力就白费了。

(4) 抗震设防原则，和三水准，两阶段设计。

答：抗震设防要计算地震作用，还要考虑构造措施;6度以下不验算地震作用;

3个水准：小震不坏，中震可修，大震不倒。

两个阶段是指：a.设计阶段，包括计算截面，配筋;b.验算阶段。

设计时我们采用的标准是所谓的“中震”例如在7度区设计时候，计算选用的参数是5.5～6度的参数，如果用7度的参数，相当与验算的是474年一遇的地震，如果用超过7度(大震)的参数，相当于验算1600～2500年一遇的地震。

抗震等级要求是根据结构类型，烈度和建筑物高度确定的。在设计中一般的丙类建筑采用基本烈度计算。

(5) 影响地震作用的几个因素是什么?

答：a.结构本身自重(影响地震惯性力)b.地震烈度c.结构刚度，自振周期 d.场地条件

(6) 抗震构造措施有哪些?

答：节点加强，受压区高度，要设置梁面钢筋。 (7) 一般为什么不考虑竖向地震作用?

答：把结构简单看作一个悬臂构件，竖向地震作用相当于一个轴向力的作用，对于普通结构，地震产生的惯性力很少会达到拉压极限，而水平地震作用相当于一个很大剪力，在建筑底部产生一个很大的弯矩，不可忽视。

(8) 什么情况下我们要考虑竖向地震作用?

答：新规范规定,长悬臂和其它大跨度结构以及8度以上设防时应当考虑竖向地震作用，竖向地震作用标准值,8度、8.5度和9度时分别取重力荷载代表值的10%、15%和20%:新高规规定,带转换层的高层建筑结构,8度抗震设计时转换构件应考虑竖向地震影响。

(9) 什么条件下用底部剪力法计算地震作用?

答：40米以下、以剪切变形为主、刚度变化均匀的建筑可以用底部剪力法计算地震作用。三.其他方面的问题见下

(1) 塑性铰出现在什么位置?简支梁呢? 答：塑性铰出现在受力最不利的位置，简支梁出现在弯矩最大的地方。

由于地震作用的随机性、结构本身的随机性，实际工程中塑性铰的出现位置带有一定的随机性。但在理论上塑性铰的出现位置应该是”实际受力情况/理论承载能力“最大的地方，也就是受力最不利的地方。塑性铰外移法就是所谓的“狗骨式”节点，也就是故意让某部分(甲)削弱或加强另一部分(乙)，使甲部分受力不利，使其出现塑性铰。具体可参见《结构工程》杂志等资料。

a.就是能承受一定弯矩而且还有一定的转动能力的部分。

b.塑性铰不是一个点，而是有一段长度。

c.塑性铰的出现是由于某部分达到屈服强度后刚度下降，导致力向刚度大的部分发生转移。

d.塑性铰部分由于刚度下降，但还能没达到极限强度，因此还能承受弯矩。

e.要保证塑性铰的出现，必须注意相应的构造，一保证该部分的延性。

(2) 出现塑性铰是一种内力重分布还是应力重分布? 答：塑性铰的出现是内力重分布，应力重分布是在一个截面内，内力是在一个构件或者一个结构的。

(3) 框架结构侧向变形主要是什么类型的? 剪切变形和弯曲型变形有和不同? 答：框架结构侧向变形主要是剪切变形，剪切变形是下部层间位移大，上部小，弯曲刚好相反，这个是现象，实质是剪切型是由梁柱弯曲产生的变形，弯曲型是由柱子轴向变形产生的。

(4) D值法和反弯点法的区别?D值法梁的反弯点在中间吗?

答：D值法考虑了柱所在楼层的位置，考虑上下柱和梁线刚度影响，还有上下楼层层高的变化。D值法梁的反弯点在中间，但是柱子的就不在中间。因为D值法同一层内各个柱转角一样。

(5) 为什么底部剪力法要考虑顶层附加力?

答：考虑高阶震型的影响。

(6) 设计图纸上使用的是C30混凝土现场只有 C25 怎么办?

答：加大截面，如果建筑上不能增加，则增大配筋，对于梁增大梁的受压区钢筋，即设置双筋截面梁。

(7) 在什么情况下要设置双筋截面梁?

答：a. 在设置成单筋截面时超筋，而建筑有不允许增大梁截面并且混凝土等级不宜再提高的情况下。

b. 截面在不同荷载组合下产生弯矩变号，为了承受正负弯矩分别作用时候截面出现的拉应力时

c. 有些梁由于构造要求在受压区有了钢筋，为了节省受拉钢筋，也可以采用双筋截面的计算方法。

(8) 配筋率是用受拉钢筋算的，还是所有的受力筋?

答：受拉钢筋。

(9) 组合中为什么不组合恒+活+风+地震?

答：高层结构在小于60m的时候和地震组合不用考虑风，因为这个时候地震作用不是很大，同时考虑比较保守，这个高度范围内的房子，还是竖向荷载起控制作用。

(10) 影响柱子截面选择的因素有哪些?

答：柱子的承载力，结构的侧移大小，柱子的轴压比。 (11) 关于箍筋的问题。

答：箍筋作用是约束砼，以增大塑性，没有抗震要求时，验算面积配筋率，有抗震要求的时候，还要验算体积配筋率。

(12) 做完毕业设计候的要求：

答：要清楚你设计的结构侧移是不是满足要求，你配置的梁柱是否超筋，电算的自振周期，位移，和框架，板梁的配筋是否符合要求。

(13) 悬臂梁支座锚固长度的计算方法：

答：通过梁的弯矩包络图找到弯矩为0点，得到一个la，然后再向后延伸一个la，得到最后的锚固长度。

(14) 在框架梁跨中弯矩的计算中，如何确定跨中最大弯矩?

答：首先计算处剪力为0点的弯矩，还要计算处有集中力作用处的弯矩。

(15) 如果有一个跨度5m的悬臂梁，该如何做?

答：这个长度的悬臂梁首先要变截面，悬挑端截面小于固定端，如果必要，可以施加预应力，以保证其安全。

(16) 如果计算中发现有一根柱子剪力过大，超筋，那么单纯增大这条柱截面是否一定能够使之满足条件? 答：不一定，因为柱子的剪力是按照刚度分配的，而刚度是与bh3有关的，单纯增加b和h的话，可能会使截面刚度增加的更大，从而分担更多的剪力，更加不能满足要求，因此，单纯加大这根柱子有时无法达到要求。

(17) 抗扭钢筋的设置

答：抗扭箍筋必须闭合，抗扭纵向钢筋必须对称布置。

四.基本概念 (1) 结构可靠度

答：结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功能的概率。

(2) 荷载的代表值(三种)

答：a. 荷载标准值，是指结构在使用期间，在正常情况下，出现的最大荷载值。

b. 荷载准永久值，是指在结构上经常作用的可变荷载(活载)值。活载准永久值表示形式是以活载的标准值乘以活载准永久值系数(小于1)得到。

c. 荷载组合值，是指作用在结构上的可变荷载有两种或者两种以上时，考虑它们不可能同时以最大值出现，而引入荷载组合值的概念，活载组合值等于活载标准值乘以组合系数。

(3) 荷载分项系数

答：为了使结构构件达到所要求的失效概率或相应的可靠指标，采用荷载分项系数，使荷载进一步增大，以此计算荷载效应。同时采用材料分项系数或者抗力分项系数，使材料强度进一步降低，即“设计强度”，以此计算结构抗力。

(4) 剪力墙和柱的区别

答：柱的长宽比不大于4，当长宽比大于4的时候，就算剪力墙。

第四篇：多层及小高层住宅结构优化设计实例

2007年第5期

总第107期

福建建筑

Fujian Architecture& Construction

No5 ·2007

Vol·107

多层及小高层住宅结构优化设计实例

陈之莹

(厦门市建筑设计院有限公司厦门361012)

摘要：本文结合工程实际，重点从工程经济造价的角度出发，对结构设计中合理的计算假定

、基础设计、构造措施等几方面进行

，了详细的论述，阐述了在保证结构安全性的前提下，如何优化设计，降低工程造价为此类建筑的优化设计提供

参考。

关键词：工程造价优化设计合理的计算假定基础设计构造措施

中图分类号：Tu972 .9 文献标识码：A 文章编号：1004—6135{2007}05—0033—02

Efect to the compute results in diferent site dass of H and III

Chen Zhiying

(Xiamen Institute of Architectural Design Co.LTD。Xiamen.36101 2)

Abstract：Combining with actual project，the appropriate calculational assumption

， base design and constructiona1 measure of structuml

design are discussed detailedly，and the priority view is focus on construction cost

.On the prerequisite of ensuring structure s tv

it is

.， presented how to optimize design and reduce construction cost

The optimized methods in this paper are practicable for similar Drojects.

Keywords：construction cost optimized design appropriate calculational assumption base design constructiona1 n1easure 1 前言

这几年随着国民经济的蓬勃发展，建筑产业也迅猛发展。

由于土地资源有限，土地价格一再上涨，对于量多面广的住宅

项目，如何在保证结构安全性的前提下，最大限度地降低工程

造价，成为结构工程师必须思考的问题。

2 结构设计中影响经济指标的几大要点

(1)结构选型是关健，合理的结构体系对结构的可靠性

与经济性影响重大。

(2)在多层及小高层住宅项目中，基础的造价在整个工

程造价中占了很大比重，因此在满足设计规范的前提下如何

优化基础设计，降低基础的造价，则是设计人员应进一步思考

的重点。

(3)建筑材料的合理选用与合理的构造措施，是保证结

构的安全性与经济性的重要手段。

3 工程实例 .

3.1 工程概况

“家·天下”F组团位于福州市五四北秀山中学西北侧，

北侧为满洋路，南侧为规划路，东侧为小区道路，西侧为秀坂路，总建筑面积：67，739 m ，共十四幢七一十一层框架结构住宅。本工程为丙类建筑，工程的结构安全等级为二级，基础采用高强预应力混凝土管桩，抗震设防烈度为七度，设计基本地

震加速度值为0.10g，II类场地，建筑基本风压值为0.7KN/m 。框架结构的抗震等级为

二、三级。典型平面如图一所示。

3.2 优化设计

3.2.1 合理的计算假定

优化设计的重点，首先是合理的结构布置，控制合理的结构位移，避免不必要的浪费。结构设计采用PKPM 系列的

SATWE程序。框架结构在水平力作用下的变形曲线为剪切

形，若底层计算高度过大，由于底层与第二层楼层刚度相差悬殊，引起底层梁、柱断面加大，吸收的地震力加大，梁、柱配筋加大，增加造价。1#一7#楼小高层住宅为了降低底层的计算高度，采用加强刚性地坪，基础梁浅埋并设为地下一层(基础梁面抬高，梁底与承台面交接100 mm，基础梁面至承台底的二弋 ! 语碗、 -、、

图一标准层平面图

高度为地下一层的计算高度)，基础梁做为上部结构的嵌固端带人整体计算的方法(设计对承台底面及侧面的回填土要求密实度t>0.94，电算时回填土对地下室的约束相对刚度比取2)，降低了上部结构底层的计算高度，避免了因底层高度过大形成薄弱层，与第二层楼层刚度相差悬殊带来的底层梁、柱配筋过大的后果，又可减少传至基础顶的柱底弯矩及水平力，减少桩数。现以6#楼(1l层建筑)为例，将上部结构底层计算高度不同对经济性的影响列于表1：

表1 底层计算高度不同时上部结构材料用量的比较

Ⅱ类场地比较结果

比较项目原计算底层计算相差相差

高度高度减小后百分比绝对值

折算板厚(m) 0.235 O.227 3.4% o.0o8

板(Kg/m ) 4.235 4.235 O O

含梁(Kg/m ) l7.203 16.934 1.56% O.27

钢

量柱(Kg/m ) l0.393 9.725 6.43% O.67

合计 3l、83l 30.894 2.94% 0.94

(注：本表为造价分析软件理论计算结果)

从上表可看出，当该工程上部结构底层计算高度减小后，折算板厚比原设计减少0.O08m(占3.4%);用钢量约比原设维普资讯 http://

2007年第5期总第107期陈之莹·多层及小高层住宅结构优化设计实例 ·34· 计减少0.94Kg/m (占2.94%)。

3.2.2 基础设计优化

该工程场地的岩土层从上往下可分为8层，依次为：① 一

1杂填土;① 一2耕填土;②粉质粘土;② 一1碎石;② 一2淤泥质土(仅个别钻孔存在);② 一3粗砂;③ 碎石;③ 一1粉质粘土;④粉质粘土;⑤ 残积砂质粘性土;⑥ 全风化花岗岩;⑦ 砂土状强风化花岗岩;⑧ 碎块状强风化花岗岩。根据场地地质情况及该工程性质，结合福州当地的经验，该工程基础选用桩基，以⑥ 全风化花岗岩或⑦ 砂土状强风化花岗岩为桩基础持力层，采用高强预应力混凝土管桩。该桩型在福建省使用已很普遍，施工经验较丰富，桩身质量可靠、稳定，施工速度快，可缩短基础的施工工期，该桩型承载力较高，桩数少，造价低，较经济。对桩基进行竖向承载力计算确定桩数时，根据柱底轴力，分别采用PHC400—95一A型管桩(单桩竖向承载力设计值取1700KN)及PHC500—100一A型管桩(单桩竖向承载力设计值取2300KN)进行分析。当时福州地区市场价格为PHC_AO0—95一A型管桩每米68元，PHC500—100一A型管桩每米95元。以2#楼(11层建筑)为例，柱底轴力为1600KN 一5100KN，总的柱底轴力为28777lKN，平均桩长为23.4m。

将采用不同直径的高强预应力混凝土管桩的经济性比较列于表2：

表2 采用不同直径的高强预应力混凝土管桩的比较

(注：本表价格为当时市场价)

从上表可看出，按每吨柱底内力计算，采用两种直径的桩型共用(在同一承台下采用同一直径的桩，不同承台下可采用不同直径的桩)，降低了基础的造价(与仅采用单一桩径时减少9.44% ～17.18%)，同时又减少了桩数，加快了施工进度。

在对桩基进行水平承载力验算时，鉴于该工程地质状况

较好，地表下无淤泥且拟建建筑物室内地面下即为粉质粘土层，设计对承台底面及侧面的回填土要求密实度>10.94，加强承台间基础粱的刚度，在对桩基进行水平承载力验算时，考虑承台侧土的抗力作用，相应减少桩数，降低了基础的造价。.

3.3 构造措施

3.3.1 根据建筑平面布置及层高要求该工程采用小柱网。由于柱距不大，框架梁在支座及跨中所受弯矩及配筋量均不大，而受弯构件在正截面承载力作用下其配筋主要受梁截面高度控制，截面宽度对之影响甚小。故在外墙及分户墙处的框架粱梁宽由250mm改为200mm，梁实配钢筋无大改动，但混凝土用量可减少且便于室内装修布置，提升该小区楼盘的品质。

3.3.2 作为住宅建筑，根据建筑墙体布置及柱网结构平面梁系布置，除了客厅为大板块，板筋按计算配筋控制外，其余大都为小跨度楼板，板筋以构造配筋为主，框架梁配筋亦不大。根据混凝土结构设计规范(GB50010—2002)第9.5.1条，受弯构件、偏心受拉构件和轴心受拉构件最小配筋率随混凝土强度等级的提高而相应增大，随钢筋受拉强度的提高而降低。

C20混凝土的市场价格比C25混凝土每立方米少20 元，因此在多层框架结构中，除基础梁及屋面外，其余楼层的梁、板采用(220混凝土，可以更经济，同时板筋的最小配筋率由 0.27%减少为0.24%(楼板钢筋选用I级钢)。根据混凝土结构设计规范(GB50010—2002)第3.4.1条及3.4.2条，根据混凝土耐久性设计的基本原则，基础梁及屋面梁、板混凝土所处的环境类别为二a类，所以混凝土强度等级仍取C25。

在小高层框架结构中，框架梁配筋以地震力作用控制为主，混凝土强度等级仍按C25设计。

3.3.3 为了满足建筑的使用功能，在保证结构合理性的情况下尽量采用减小柱断面，减少了上部结构刚度，同时降低了地震力作用，减少了用钢量。但是为了做到“强柱弱梁”保证框架结构的延性，为了满足混凝土结构设计规范(GB50010—

2002)第6.3.7条规定的框架柱的轴压比限值的要求，框架柱的凝土强度等级仍取不低于C25。

3.3.4 梁配筋以计算配筋为主，本工程梁主筋采用Ⅲ级钢，当时Ⅲ级钢的市场价格比Ⅱ级钢的市场价格每吨多200元，梁主筋采用Ⅲ级钢比采用Ⅱ级钢减少5元/m 。框架柱配筋以构造为主，若采用Ⅲ级钢反而会增加造价，所以框架柱配筋采用Ⅱ级钢。1#～4#楼人防地下室顶板覆土平均厚度为700 厚，且有消防车道，荷载大，在正常使用状态下及考虑人防荷载组合时计算配筋均很大，故板筋采用Ⅱ级钢。

3.3.5 地下室层高3.9m，底板厚为400mm。外墙、人防墙及消防水池侧壁的墙体在水平荷载作用下墙体计算配筋较大，通长全高配置则含钢量较大。根据墙体计算原理，当以地下室底板做上部结构嵌固端，墙顶按铰结支座计算时，靠近底板支座处配筋最大，反弯点在近支座1/3处，故采用分离式配筋，即计算竖向配筋配至墙高的1/3处，其余采用构造配筋，可降低地下室的含钢量。

4 结论

在目前大兴土木、设计进度紧急的情况环境下，结构优化设计大有可为。结构优化设计不能以降低安全度为代价，应该是更为合理的结构布置、更为理想的计算假定、更为细致的构造措施。一个工程项目为了争取最大的经济效益与社会效益，除了在前期及方案阶段做好总体设计及规划，在施工图结段应做好优化设计，结构设计既要保证安全性、符合现行的规范规程，也应多从业主及客户的角度着想，进行合理的优化设计，降低造价，在施工阶段也应注重项目管理，防止施工失误带来不必要的损失。

致谢：感谢我司肖伟总工、杨玛莎副总工及福建沃野房地产有限公司卢榕庄总工的大力支持。

参考文献

1.中国建筑科学研究院PKPM系列，多层与高层建筑结构空间有限元分析与设计软件SATWE.2005

2.中国建筑科学研究院PKPM系列，概预算软件STAT

3.福建沃野房地产有限公司的《家.天下二期F组团建筑安装工程预算书》

4.建筑抗震设计规范(GB5001 1—2001)

5.高层建筑混凝土结构技术规程(JGJ3—2002)

6.混凝土结构设计规范(GB50010—2002)

作者简历

陈之莹：女，1972年3月出生，本科，工程师，一级注册结构工程师，结构专业

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