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结构体系与布置优化 结构优化设计是在满足规范要求、保证结构安全和建筑产品品质的前提下，通过合理的结 构布置、科学的计算论证、适度的构造措施，充分发挥材料性能、合理节约造价的设计方法。 结构优化设计在当前竞争日益激烈的建筑设计市场成为大势所趋。如何在满足建筑功能的前 提下，保证结构安全并控制含钢量成为摆在结构设计工程师面前的现实课题。本文总结了以 往的设计经验，参考了相关文献，给出了结构优化设计的步骤和一些具体措施，供设计人员 参考。 1 结构优化设计的步骤 笔者认为，结构优化设计的合理步骤应该是：①在方案阶段，通过与建筑专业的充分沟 通，对建筑的平面布置、立面造型、柱网布置等提出合理的建议和要求，使结构的高度、复 杂程度、不规则程度均控制在合理范围内，避免抗震审查，为降低含钢量争取主动权；②在 初步设计阶段，通过对结构体系、结构布置、建筑材料、设计参数、基础型式等内容的多方 案技术经济性比较，选出最优方案，整体控制含钢量；③在具体计算过程中，通过精确的荷 载计算、细致的模型调整，使结构达到最优受力状态，进一步降低用钢量；④在施工图阶段 通过精细的配筋设计抠出多余钢筋，彻底降低含钢量。 在进行多方案的技术经济性比较时，应综合考虑材料费、模板费、基坑开挖降水支护费 用、措施费、施工难易、工期长短等因素，与甲方协商后择优选用。 2 结构体系与布置优化 结构体系和布置对造价影响很大，应予重视。 1)应根据建筑布置、高度和使用功能要求选择经济合理的结构体系。比如，异形柱框 架比普通框架用钢量大，在可能的情况下尽量采用前者；短肢剪力墙比普通剪力墙含钢量高， 在可能的情况下尽量采用后者。 2)应选择比较规则的平面方案和立面方案。尽量避免平面凸凹不规则或楼板开大洞， 控制平面长宽比，合理设缝，使结构刚度中心与质量中心尽量靠近。竖向应避免有过大的外 挑或内收，同时注意限制薄弱层、跃层、转换层等不利因素，使侧向刚度和水平承载力沿高 度尽量均匀平缓变化。 3)应选择合理、均匀的柱网尺寸，使板、梁、柱、墙的受力合理，从而降低构件的用 钢量。柱网大则楼盖用钢量大，柱网小则柱子用钢量增大，应根据建筑实际情况和经验合理 布置。例如，住宅中小开间结构中墙柱的作用不能得到充分发挥，过多的墙柱还会导致较大 的地震作用，可考虑采用大开间结构体系，既节约造价，又便于建筑灵活布置。 4)应选择 经济合理的楼盖体系。楼盖质量大，层数多，占整体造价比重高，对楼盖的类型、构件的尺 寸、数量、间距等应进行对比分析，选择最优的方案。一般住宅宜采用现浇梁板楼盖，预应 力楼盖的预应力钢筋容易被二次装修破坏，井字梁楼盖影响室内美观，均不推荐。办公楼等 大空间结构宜采用十字梁、井字梁、预应力梁板方案。双向板比单向板经济，应多做双向板。 板的厚度，双向板宜控制在短跨的 1 ／35，单向板宜控制在短跨的 1 ／30，此时板易满足 强度和变形要求，经济性好。 5)剪力墙结构的优化空间很大，应下大力气优化。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应尽量减少墙的数量，限制墙肢长度，控 制连梁刚度，剪力墙能落地的就全部落地不做框支转换层，平面能布置成大开问的尽量布置 成大开间，墙体的厚度满足构造要求和轴压比的要求即可。连梁刚度太大时可通过梁中开水 平缝变成双梁、增大跨高比等措施降低连梁刚度。尽量少用短肢剪力墙，限制“一”字墙，少 做转换。 6) 降低含钢量的小技巧：①楼电梯间不宣布置在房屋端部或转角处。因其空间刚度较 小，设在端部对抗扭不利，设在转角处应力集中。②框架结构层刚度较弱时，加大柱尺寸或 梁高都可显著增大层刚度，而提高混凝土强度效果不明显。③柱的截面尺寸，多层宜2 层～ 3 层调整一次，高层宜结合混凝土强度的调整每5 层～8 层调整一次。④多层框架结构位移 超标时，可布置少量剪力 墙使其满足要求。此时仍按框架结构确定抗震等级，剪力墙抗震等级可为三级且不设底部加 强区，同时框架部分还宜满足不计入剪力墙时框架的承载力要求。⑤剪力墙的窗下墙尽量用 填充墙，可延长周期并节约造价。⑥剪力墙结构仅少量墙肢不落地、做框支转换且其负荷面 积占楼层面积范围很小时(≤ 10％)，可按仅个别构件转换考虑，不必把整个层都作为转换层。 ⑦填充墙的上下在不影响美观和使用的情况下尽可能设梁。分隔墙下可不设梁，配筋上加强 即可。⑧外挑阳台挑出长度大于1．2m 时优先考虑梁板式受力体系。⑨梁的截面尽量按正 常截面取，少做宽扁梁，配筋