住宅建筑结构设计优化分析

　　摘 要:本文针对住宅结构各个环节的优化设计进行了详细分析。

　　关键词：住宅建筑，结构，地基，配筋构造，设计方案

　　Abstract: in this paper, the residential structure optimization design of each link are analyzed in detail.

　　Keywords: residential building, structure, the foundation, constructional reinforcement, the design scheme

　　中图分类号：TU318 文献标识码：A 文章编号：

　　前言

　　随着国民经济的迅速发展，住宅建筑越来越商品化，作为投资方总是希望利润最大化。由此在结构设计时不仅要满足“规范加计算”，而且还要在安全、符合现行国家规范前提下，从各个环节进行优化设计，多个方案做比较，使最终的成品要安全可靠、经济合理，节能节材，降低造价。

　　1设计方案

　　住宅建筑单元设计时，当住户较多，为了使每一户都有良好的通风采光，必然就会出现外伸翼块的布置，当外伸翼块的长度不大于其宽度时，可认为外伸翼块的侧向摆动与单体的核心部分同步不产生或产生极其微弱的附加内力，则外伸翼块可以自由地存在;若外伸翼块长度大于宽度，则需在外伸翼块之间设梁加以连结，使外伸翼块之间以外伸翼块与核心部分之间成为一个整体，结构概念上即同层的墙柱不产生相对位移，当建筑物承受较大的水平荷载作用时，不至于在外伸翼块的根部产生拉力而出现裂缝。这样的拉结，在某种程度上符合结构整体计算时楼板为无限刚度的假设，具体设计时，外伸翼块之间的连结梁倒不一定每层都设，有规律地每隔2-3层设一道或空几层设几层，不仅结构上是允许的，而且可以给建筑立面设计提供更广阔的构思天地。连结梁除自重外似乎无甚荷载作用，即使结构整体计算中，反映出的梁内力和配筋也不大，但实际上该梁承受的内力要比普通框架梁复杂得多，由于其具体特殊的作用，故设计中其配筋通常需按连结梁的构造要求给予配置。本工程楼层最大位移：X方向地震力作用下的楼层最大值层间位移角：1/1394;Y方向地震力作用下的楼层最大值层间位移角：1/1220;高规规定剪力墙结构楼层最大值层间位移角限值:1/1000。

　　2基础及地基设计分析

　　高层建筑基础的合理选型与设计是整个结构设计中的一个极其重要和非常关键的部分。基础的工程造价在高层建筑整个工程造价中所占的比例较高，尤其在地质条件比较复杂的情况下更是如此。所以选用合理的基础形式或地基处理方式，对降低工程造价起着至关重要的作用。某工程地基承载力特征值为250kPa，基底压力为415kPa，天然地基不能满足设计要求，根据工程地质勘查报告，可采取钻孔灌注桩或CFG桩复合地基，就这两种处理方案在满足承载力和变形的前提下加以比较。方案一：采用泥浆护壁钻孔灌注桩，桩径φ800，桩长18米，桩数174根。混凝土用量1574m3，钢筋用量45t。方案二：采用长螺旋钻孔泵压CFG桩复合地基，桩径φ400，桩长15米，桩数523根。混凝土用量985m3。初步估算，方案一造价为313.2万元，方案二造价为34.5万元，仅为方案一的11%。由此可见选用CFG桩进行桩-土复合地基的设计，充分发挥桩间土的承载力作用，可减少桩的数量或桩长，节约了混凝土和钢筋用量，从而达到降低整个工程造价的目的。

　　3楼层结构设计

　　住宅建筑的楼层结构通常布置梁板式，梁板式结构布置应避免有隔墙就设梁的陈旧设计方法，因为该方法会形成多得多重梁搭梁，荷载传力路线过长弊端。此外，楼层梁多了会影响施工进度，更不利于住户日后对平面布置变换，具体设计中要解决的就是板上隔墙荷载的受力和传递问题。正确合理的设计应是：当隔墙平行于单向板的受力方向时，应在墙下的板中加筋，隔墙大部分荷载传给单向板支承的墙(或梁)，当隔墙垂直于单向板之受力方向，尤其隔墙长度小于板之长度时，则应将隔墙化为板面等效均布荷载，此时所有的受力钢筋都起承受隔墙的作用，当隔墙位于双向板上，同样应将隔墙化为板面等效均布荷载，板的两向受力筋都起作用。设计实践证明，按上述原则布置楼层楼板，特别是采用了轻质隔墙材料时，则结构受力合理，结构自重轻、施工方便快捷，使用效果良好。

　　4配筋及构造

　　对于小高层住宅来说，剪力墙是面广量大的，因此合理的控制配筋对于结构安全及工程的经济性十分重要。

　　1)墙体配筋(以200厚墙体为例)一般要求水平钢筋在外侧，竖向钢筋在内侧。配筋满足计算及规范建议的最小配筋率即可。建议加强区Φ10@200，非加强区Φ8@200双层双向即可，采用Φ6@600x600拉筋。但地下部分墙体应当别论。因为其配筋大多由水、土等产生的侧压力控制，简化计算经常按竖向筋控制，此种情况下为增大计算墙体有效高度，可将地下部分墙体的水平筋放在内侧，竖向钢筋放在外侧。地下部分墙体钢筋保护层按《地下工程防水技术规范》第4.1.6条规定：迎水面保护层应大于50mm，且在保护层内按《混凝土结构设计规范》第9.2.4条规定增设双向钢筋网片。在这种情况下，很多设计人员在进行外墙裂缝验算时有效截面高度仍按保护层50mm计算，是不妥当的。当采取了双向钢筋网片后，计算保护层厚度至少可按30mm来取值，这对节省墙体配筋相当明显。

　　2)剪力墙中的连梁高跨比大于5，在地震作用下弯矩、剪力很大，有时很难进行设计，如果加大连梁高度，配筋值有时反而更大。连梁高度一般是从洞顶算到上一层洞底或从洞顶算到楼面标高。对于门洞，上述梁的高度是一样的;但对于窗洞，连梁高度如果从窗洞算到上一层窗底，有时则高度太高，这样高跨比太大，且与计算图形不符，相应配筋亦较大，不合理。连梁高度统一规定从洞顶算到楼板面或屋面，对于窗洞楼面至窗台部分可砌筑填充墙。对于窗台有飘窗时，可再增加一根梁，两根梁之间砌筑填充墙。连梁配筋应对称配置，腰筋同墙体水平筋。

　　3)目前，在剪力墙的楼层处均设置暗梁，而对暗梁各有理解。笔者认为对于框架-剪力墙结构，如剪力墙周边仅有柱而无梁时，则设置暗梁，并且要求剪力墙两端是明柱，这是因为周边有梁柱的剪力墙，抗震性能要比一般剪力墙要好。剪力墙结构则没有这方面的要求，在墙板交接处设置暗梁对加强墙体整体性作用还是有的，但究竟有多大尚无定论就目前而言，在楼层位置设置暗梁是可行的，但没有必要设置太大断面及配筋，建议底部加强区断面可取墙厚x300，配筋上下各2Φ16，一般部位断面可取墙厚x250，配筋上下各2Φ14即可。

　　5结语

　　结构设计过程中进行合理的结构选型和布置对整个建筑工程是否能保证安全、经济、适用都非常重要，一定要对整个结构体系的承载能力、抗震性能、内力传递、刚度、侧移要求等掌握透彻，才能实现结构设计安全性、合理性、经济性的整体最优实现。基于对框架结构、框架剪力墙结构、剪力墙结构等各种结构体系特点进行的分析，各种结构类型相对均有优点和缺点，相关结构设计人员应综合考虑待建结构的使用功能要求、建筑物所处地区的抗震设防要求、以及场地地质条件、造价要求等，在满足国家相关规范和要求的前提下，选择合适的结构体系。

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文章名称： 住宅建筑结构设计优化分析

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