论工程结构精化设计

白晓静

【摘 要】本文探讨了高层剪力墙结构位移的调整方法以及精化设计对控制建筑物含钢率的作用，供同行斧正。

【关键词】高层；剪力墙；位移；设计；含钢率

On the refined design of engineering structures

Bai Xiao-jing

（Architectural Design and Research Co.， Ltd. Shaanxi dawn Xi'an Shaanxi 710000）

【Abstract】This paper discusses the rise shear wall structure displacement adjustment method and refined design of the control role in building steel ratio for peer treatise.

【Key words】Top；Wall；Displacement；Design；Steel ratio

1. 前言

2011年筆者有幸担任了咸阳市中华路北安村城中村改造设计任务的结构专业负责人，并指导两位助理工程师和工程师学生设计。小区总建筑面积近80万平方米，地上建筑近73万平方米，地下建筑（车库）7万平方米。该小区已共完成12栋32层总高度96m建筑的施工图设计，已有3栋主体封顶，其余还在建设中，地下车库部分已基本完工。

学界近期，对高层剪力墙结构设计热议纷纷，尤其是工程的含钢率，成了人们关注工程学术和造价问题的核心。从建筑力学方案，到建筑结构程式控制含钢率，宏观上定性掌握，在确保结构程式满足力学方案要求的前提下，选取合理的建筑方案，合理的电算计算参数；微观上定量控制，对各结构构件进行精化设计，采用适度的构造措施，做出安全合理又经济美观的建筑。

2. 以21#楼为例

（1）轴压比、剪重比、刚度比、位移比、周期比和刚重比，各项指标都存在间接或者直接的联系，是结构布置合理与否的真实反映；过刚或过柔的结构都是不合理的，过刚的结构，换言之就是结构将吸收过多的地震力，用构件来抗力，必然增加含钢率。而过柔的结构会影响结构稳定性，所以工程结构合理性最高标准是建筑力学平衡，恰到好处。

（2）为贯彻这些原则，以21#楼为例，总建筑面积45405.21m2，总高96.900m，地下一层，层高4.8m，地上32层，一层层高3.8m，以上层高均为3.0m。每层3个单元，总长88m，各单元间设置沉降缝，各单元户型相似，一梯三户，呈倒品字形结构。本工程地震烈度为8度，设计基本地震加速度值为 0.20g，特征周期0.41秒，设计地震分组为第一组，Ⅲ类场地，基本风压0.40 KN/m2，计算软件采用2010版PKPM，计算参数周期折减系数为0.95（根据填充墙体数量不同取值范围为0.9～1.0），连梁刚度折减系数为0.55（根据情况也可采用0.60），中梁刚度增大系数1.8（偏保守，南方此参数已采用1.5），梁端弯矩调幅系数0.85，梁设计弯矩增大系数1.0，梁扭矩折减系数0.40，活荷不利布置的层数从地下室～屋面均考虑，柱、墙活荷载及传到基础的活荷载均折减，偶然偏心与双向地震力同时考虑。

（3）21#楼在倒品字形结构的左上角开了一个转角窗，这个窗户的设置会导致整体含钢量增加，首先此处位移量大，墙厚、梁高都要为位移做出贡献，还有规范对构造也有要求，楼板需加厚，钢筋需要通长设置，转角两端剪力墙需设暗梁拉接。所以从经济角度考虑不建议设此类窗户。

（4）墙、梁、板混凝土标号的选取，由于施工单位现均采用大模施工，为了简便工艺，便于施工，每次支模均将模板支在每层楼板下方，这样，如果墙、梁与板混凝土标号不同，就会人为的制造薄弱层，使每层楼层板厚处墙、梁同板混凝土标号相同，墙、梁混凝土标号下降，因此设计时考虑每楼层混凝土标号全部统一，提高安全性。地下一层及一层为C45，二层～十一层为C40，十二层～屋面为C30。在剪力墙墙厚的选择上，主要采用200mm厚的剪力墙，局部轴压比超限、墙体配筋超限处，或位移不满足要求时再增加墙厚，倒品字形结构通长情况最南边X向位移大，东、西两头Y向位移大，这时可将最南边墙厚增加，此处通常情况下梁高无法增高，因为南边通长情况下均设有阳台，梁增高后也无法上翻，所以此法不可用；东、西两头Y向位移偏大，可将剪力墙Y向做通，或者将开洞处的梁做高，因为这两头通长情况下无窗，即使有也是卫生间高窗，所以增高梁的方法可用，还有就是将倒品字形东西头的下部X向做强，根据户型情况增加墙厚或者加高梁，这几种方法都可将Y向位移调整好，见图1、图2。

（5）一层～屋面墙厚基本上是200mm厚，局部为250mm，极少处也有300、400厚的墙，通常为剪力墙极少、极短处或者在位移最不利处（最南边、东边、西边），地下室墙体内墙大部分为250mm，局部有厚的地方为上部落下的墙体，外墙均为300厚的挡土墙。在结构设计中还要严格区分抗震墙的加强部位和非加强部位，对钢筋用量而言是具有很大意义的，随意扩大抗震墙的加强部位肯定会增加用钢量。抗震墙如能合理地布置、截面合理取值，其配筋多半不是内力控制配筋而是构造配筋，这样其节点区主筋、箍筋以及墙段的水平分布筋的配筋率都可按规范规定的最小配筋率配置。本工程底部加强部位为基础顶～六层，约束边缘构件为基础顶～七层，墙体配筋七层以上200厚墙为8@200， 250厚墙为8@150， 300厚墙为10@200， 400厚墙为10@150，七层以下（含七层）最小钢筋采用10@200，规范规定垂直分布筋直径不宜小于10，我们这个工程就将约束边缘构件层垂直分布筋直径最小设置为10，以上还采用8钢筋，以减少含钢量。

（6）楼层板、屋面板的设计是在确保结构构造安全稳定，又能最大限度发挥钢材的力学性能的前提下，笔者采取对大洞口周围板厚加强，钢筋双层双向通长布置，其余板厚按短跨1/40倍取值的设计方案，板面负筋仅设计在支座处；当屋面板需要采用贯通面筋时，贯通筋的配筋通常不需也不宜超过规定的最小配筋率，支座不足时再配以短筋，这样既符合规范规定又可降低建筑的含钢率。

（7）按照理论来说，构件的配筋按照规范要求的最小配筋率来配置钢筋是最经济的，然而由于各种条件限制，对于不同类型的构件是难以都实现的。故各构件经济的配筋率如下：板配筋率控制0.25～0.5%；梁构件配筋率控制0.5～1.2%；柱、剪力墙属受压或偏心受压构件，其配筋一般由构造控制，在满足最小配筋率基础上，适当提高配筋率即可；基础等以冲切、抗剪控制的混凝土构件，满足受力及最小配筋率即可。就构造钢筋而言，选用HRB400级钢筋可大大降低最小配筋率，尤其在楼板配筋中体现的更加充分。对于剪力墙、柱、粱等构件选用HRB400级钢筋，可以充分利用其高强度，可以大大降低钢筋耗钢量，对钢筋加工、绑扎、施工周期都有很大的益处。推广使用HRB400级钢筋并不是浪费，而是充分利用钢筋的高强度，降低钢筋含量，节省成本的一种举措。故建议结构设计过程中多采用HRB400钢筋，可大大降低结构的含钢率。

（8）21#楼结构设计，不含桩基，不含砌体内插筋，含钢量控制在了60Kg/m2左右，对8度，Ⅲ类场地做到这个含钢量，应该说是充分发挥了结构材料的有效力学性能，经过精化设计可节省3～5 Kg/m2钢材。如果户型再规整些，无转角窗，8度，Ⅱ类场地，相信每平米再减少2～5Kg还是可以做到的。试想，仅咸阳市中华路北安村小区80万平方米平均就可以节约钢材4000吨，推而广之，全国推广从力学方案到具体施工图精化设计，以一年计，对国家节能减排和节省工程投资的贡献该多少啊。本文妥否，请读者同行们不吝指教。endprint