建筑结构设计中结构方案与基础设计的优化探析

黄 忠

（中信建筑设计研究总院有限公司， 湖北 武汉 430010）

0 引言

我国城市化进程不断加快，使得建筑业进入快速发展时期，房地产行业成为国民经济的重要支柱产业。房屋建筑的质量安全、经济指标直接关系到房地产行业的命脉，优化建筑结构设计显得尤为重要。

本文结合以往实际工程，从结构方案及基础设计两方面重点探析混凝土结构的优化设计。

1 结构方案的优化

（1）结构布置应尽量减少庸余的构件，减少多余的柱、剪力墙、次梁等等。柱网中轴压比超小的墙、柱，能抽则抽；在建筑户型中超小及小分割的墙下次梁尽可能不设置。柱网大，则楼盖用钢量大，柱网小，则柱用钢量大，住宅中的小开间结构中墙柱不能得到充分发挥，过多的墙柱还会导致较大的地震作用，这时考虑实际情况采用加大开间的结构体系，将墙柱布置在分户、厨卫等不影响装修观感的部位，既节约造价，又便于建筑灵活布置。地下室的柱网，讨论很多，归于造价和使用功能，大开间，小进深是最经济的。例如 8x(8+8)的柱网改成8x(4.7+4.7+6.6)。这样因小柱网梁高的减小而使设备的走线更自如，梁板配筋减小，其收益幅度远大于因柱钢筋量增加的幅度，层高相应减少，意味着基坑深度的减少，经济效益相当可观。

（2）结构设计师在建筑早期方案阶段积极参与，争取到有利的结构方案，同时给建筑设计师多灌输结构观念，以利于专业间的团结协作。对建筑方案提出合理的建议，使结构的复杂程度、不规则度控制在合理范围，避免超限，降低造价。初步设计阶段，对结构体系、基础形式等内容进行多方案经济性比较；在结构模型计算过程中，精确统计荷载，细致调整模型；在施工图阶段精细配筋，不随意放大配筋参数；方案比较时，应综合考虑材料费、人工费、基础费用、施工工期等因素，与甲方协商选用合适的方案。

（3）剪力墙的布置宜规则、均匀、对称，以控制结构扭转变形。在满足规范和计算的前提下尽量减少墙的数量，剪力墙的布置应使梁的跨度在 5-6米左右，在刚度不够的情况下，应尽量加长墙肢而不是加厚墙肢。当轴压比不够时，应提高混凝土强度等级而不是调整墙肢。限制墙肢长度，控制连梁刚度，剪力墙尽量落地，不做或少做框支转换层。平面能布置成大开间的尽量布置成大开间，墙体厚度满足构造要求和轴压比要求，连梁刚度太大时，可通过梁中开水平缝形成双连梁、增大跨高比等措施降低连梁刚度。 框架结构刚度较弱时，加大柱尺寸或梁高（这两个变化，更倾向于加大柱尺寸）都可显著增大层刚度，提高混凝土强度无效果。框架柱的布置应使梁的跨度在 8-9米左右，尽量做小柱截面，提高建筑使用空间。当轴压比不够时，应提高混凝土强度等级而不是调整柱截面。 尽量按正常截面设置梁，少做宽扁梁,特别是350宽的梁谨慎使用，能300就300，减少箍筋肢数。

（4）尽量避免平面不规则或楼板开大洞，控制平面长宽比，合理设缝，使结构整体的刚心与质心尽量接近。竖向应避免过大的外挑或内收，尽量减少薄弱层、转换层，使侧向刚度和抗剪承载力沿高度均匀平缓变化。

2 建筑结构设计中基础结构的类型

独立基础。由于独立基础相比于其他的基础而言具有施工方便、费用低且受力明确等优点，所以在建筑工程建设中属于比较常见的一种。当建筑物的上部结构采用的是单层排架结构或者是框架结构作为承重其最为常见的形式有坡型、阶梯和杯口基础。

条形基础。条形基础在实际工程项目中运用并不是特别广泛，其主要运用在排架结构或者是柱距较小的框架结构，并成十字交叉或者是单向设置并受承于柱子传下的集中荷载，基底的反力分别受上部刚度和基础的影响。

桩基础。建筑工程基础结构施工的过程中桩基础是现阶段比较常用的一种基础，在对此设计的过程中应该注重后续实施操作的一些基本规范和流程并促使桩的设计能够在工程项目中发挥出其应有的作用。在实际工程项目中还需要把握好成桩区域以及具体桩身的大小从而充分确保桩可以符合建筑工程项目基础结构设计所需，并使其在结构的稳定性上发挥出应有的效果。

3 基础设计的优化

（1）桩基础方面，桩基选型、布置应合理化。砂层优选管桩（空心方桩）、层数高的选用钻孔桩；桩的直径应和房屋层数、重量相匹配。为减小底板抗浮配筋，可将承台下桩距适当放大或另将柱帽（承台）增大以达到增大支座减小抗浮板的跨度。预应力管桩及空心方桩的接头不宜超过3个（抗拔桩、锤击沉桩），不应超过4个（静压沉桩抗压桩），注意相邻桩的高差按1/10桩长取；钻孔桩配筋率宜按最小配筋率设置钢筋，0.2%～0.4%是抗压，0.4%～0.65%是受弯及抗震设防时。注意混凝土标号计算时武汉地方规定桩身钢筋不得参与贡献；另据《武汉市深厚软土区域市政与建筑工程地面沉降防控技术导则》重点防控区（8米软土、填土及软粘土互层）的灌注桩上部纵向配筋率不小于0.5%，下部不小于0.25%，此类承台无论桩数多少（不能一柱一桩）宜设置连系梁（可设置暗梁于底板）；承台的选用宜多设联合承台，小筏板，充分利用单桩承载力，且加强了桩基的稳定性。承台条形桩外边缘至承台边不小于75；板式承台桩边缘至承台边一般为0.5倍桩径，不是硬性要求，不得小于150才是，桩偏位后如果满足150，且验算冲切满足的条件下，不必扩大承台增加造价。承台配筋直锚长度大于35d或35d+0.1D（圆桩）不必弯折。

（2）天然基础方面，抗浮技术措施中的锚杆，也可选择分散布置在底板上，减小底板的受力跨度。独立基础底板（条形基础）大于2500时除外侧钢筋外，底板配筋长度可以取相应方向的0.9倍长度交错布置，可以在图纸中明确以利于节省钢筋。柱下条形基础基础梁因刚度远大于支撑的框架柱，不考虑抗震的延性要求。筏形基础配筋时注意通长钢筋采用最小配筋率+计算部位的附加配筋，注意筏基受力钢筋间距宜大于150。另据《全国民用建筑工程设计技术措施》（地基与基础）5.6.4不论筏板多厚，都不需要在板厚的中面增设水平构造钢筋。为减少外墙锚入底板所增加的锚固区横向钢筋，宜将锚入底板部分的钢筋保护层增大大于5d，（外墙配筋28及以下为150,配32时160）即底板宜挑出外墙面100或110，当然这个需要和模板、混凝土量、开挖量综合比较。底板和外墙刚度差别不多时，外墙外侧钢筋远大于底板底筋时，注意将外墙钢筋弯入板内一定的锚固长度。

（3）基础埋置深度的确定：高规的条文中天然及复合地基“可取”1/15;桩基“可取”1/18,并不是限值，设计人惯性思维当成了“不应”，在《全国民用建筑工程设计技术措施》（地基与基础）第5.1.4中有详细描述，还可以1/18,1/20。注意，也是“可取”，硬性规定埋置深度与高度挂钩没有这个必要。

4 结论

结构优化设计是在保证结构安全、满足国家规范要求的前提下，通过优化结构布置，科学分析结构模型、适度采取构造措施，充分发挥结构性能的设计方法。结构方案及基础设计是建筑结构设计中至关重要的环节，也是结构优化设计的重点。