[摘要]本文結(jié)合昆山市云山詩意花園住宅區(qū)優(yōu)化設(shè)計實例，分析了設(shè)計階段影響工程造價的主要因素，總結(jié)了鋼筋混凝土剪力墻住宅優(yōu)化設(shè)計，特別是如何降低含鋼量的措施，供業(yè)內(nèi)人士參考。
　　[關(guān)鍵詞]結(jié)構(gòu)優(yōu)化，降低含鋼量，具體措施
　　
　　1概述
　　云山詩意花園住宅小區(qū)以徽派建筑為基調(diào)，融合一些其他中國民居元素。徽式建筑中的馬頭墻，人字型屋面，斜坡挑檐等在高層和裙房中大量應(yīng)用，綴以點晴用花窗、圓拱門，使建筑高低錯落疏密有致，清新淡雅，純樸自然。見圖1
　　
　　2建筑結(jié)構(gòu)選型與布置的優(yōu)化
　　根據(jù)開發(fā)商提出的含鋼量要求，通過結(jié)構(gòu)選型和布置，使結(jié)構(gòu)體系和平面布局達(dá)到最合理并滿足建筑功能的要求。列舉如下：
　　（1）選擇比較規(guī)則的平面方案和立面方案。應(yīng)盡量避免平面凹凸不規(guī)則或樓板開大洞，控制平面長寬比，合理設(shè)縫，使結(jié)構(gòu)剛度中心與質(zhì)量重心盡量接近。豎向應(yīng)避免有過大的外挑和內(nèi)收，同時注意限制薄弱層、躍層、轉(zhuǎn)換層等不利因素，使側(cè)向剛度和水平承載力沿高度均勻平緩變化。如圖2：
　　
　　（2）應(yīng)根據(jù)建筑布局、高度和使用功能要求選擇經(jīng)濟(jì)合理的結(jié)構(gòu)體系。比如，7度、Ⅲ類場地地區(qū)短肢剪力墻比普通剪力墻含鋼量高，在可能的情況下盡量用后者。一般剪力墻有利于降低豎向構(gòu)件的配筋率以減少暗柱數(shù)量，其邊緣構(gòu)件縱向筋配筋率往往較低。
　　(3)小高層、中高層剪力墻住宅結(jié)構(gòu)剪力墻的優(yōu)化空間較大。剪力墻的布置，根據(jù)建筑功能要求和內(nèi)部隔墻的分布，并按照“均勻、分散、對稱、周邊”的原則，以使結(jié)構(gòu)整體有較好的抗側(cè)移和抗扭轉(zhuǎn)能力。合理調(diào)整結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面，使抗震結(jié)構(gòu)體系剛度和承載力沿豎向變化均勻，且受力明確，以提高結(jié)構(gòu)的抗震性能。在滿足規(guī)范及計算的前提下盡量減少剪力墻的數(shù)量，限制墻肢長度，控制連梁的剛度，平面能布置成大空間的盡量布置成大空間，墻體的厚度滿足構(gòu)造要求和軸壓比的要求即可。盡量少用短肢剪力墻，限制一字墻。
　　（4）一般剪力墻結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)層墻體厚度取200，該工程(一期)1~15#樓（12~16層）剪力墻住宅，結(jié)合高規(guī)的規(guī)定，對T、L和一字型墻體，其中某一段墻肢長度大于1.6m時，可視為一般剪力墻（PKPM建模中輸入1.7~1.8m）。由于底層層高為5.0m（架空層、商場），為滿足墻體穩(wěn)定性的需要，加厚墻體和加長墻體。墻厚取值一般為250~350，按照高規(guī)規(guī)定，僅加厚墻體而不增加墻長，墻體會轉(zhuǎn)化為短肢剪力墻。對此情況底層剪力墻的配筋是否應(yīng)嚴(yán)格遵守高規(guī)的規(guī)定是值得商榷的問題。考慮建筑功能要求，對底層、及地下室部分剪力墻的厚采用250、300、350,墻長滿足穩(wěn)定要求。通過以上兩點細(xì)化，可適當(dāng)減小剪力墻含鋼量。
　　(5)短肢剪力墻是指墻肢截面高度與厚度之比為5~8的剪力墻，當(dāng)墻肢截面高度與厚度之比雖為5~8，但墻肢二側(cè)均與較強連梁（連梁凈跨與連梁截面高度之比L/h≤2.5）或墻長較短但與翼墻相連時（翼墻長度不小于翼墻厚度的5倍），可不作為“短肢剪力墻”。當(dāng)短肢剪力墻的兩側(cè)與較強的連梁（L/h≤2.5）相連時，應(yīng)屬于延性和抗震性能較好的聯(lián)肢墻，不屬于短肢剪力墻，帶較寬翼緣的短肢剪力墻比一字形墻的抗震性能好，也可不計入短肢剪力墻范圍。圖3。
　　
　　
　　（6）剪力墻結(jié)構(gòu)僅少量墻肢不落地，做框支轉(zhuǎn)換，且其負(fù)荷面積占樓層面積范圍很小時（≤8%），可僅按個別構(gòu)件轉(zhuǎn)換考慮，不必把整個層都作為轉(zhuǎn)換層。局部轉(zhuǎn)換，一個樓層僅有小范圍轉(zhuǎn)換，僅需局部設(shè)置少數(shù)轉(zhuǎn)換構(gòu)件，這就是結(jié)構(gòu)的局部轉(zhuǎn)換。兩種轉(zhuǎn)換在結(jié)構(gòu)受力上雖然都存在相似的缺點，但程度上有很大的不同。整體轉(zhuǎn)換的結(jié)構(gòu)不但在豎向荷載下傳力不直接，傳力路徑復(fù)雜，而且轉(zhuǎn)換層上、下部樓層結(jié)構(gòu)豎向剛度發(fā)生突變，地震作用下易形成結(jié)構(gòu)下部變形過大的軟弱層，進(jìn)而發(fā)展成為承載力不足的薄弱層，抗震性能很差，在大震時易倒塌。對結(jié)構(gòu)的影響是整體性的，程度很嚴(yán)重。局部轉(zhuǎn)換雖然豎向荷載下，結(jié)構(gòu)傳力不直接、傳力路徑復(fù)雜，但結(jié)構(gòu)的樓層豎向剛度一般不會發(fā)生突變。
　　（7）剪力墻的窗下墻盡量用輕質(zhì)填充墻，可延長周期，并節(jié)約造價。
　　3基礎(chǔ)設(shè)計優(yōu)化
　　基礎(chǔ)造價占結(jié)構(gòu)比重較大，基礎(chǔ)的節(jié)省將對整個工程造價的降低起到重要性的作用。基礎(chǔ)設(shè)計的關(guān)鍵是合理選擇基礎(chǔ)形式。一般低層住宅優(yōu)先考慮淺埋天然基礎(chǔ)，多層住宅優(yōu)先考慮沉降控制復(fù)合樁基、地基處理。設(shè)置地下室時，要對地下室的埋深、抗浮水位、樁型、底板頂板結(jié)構(gòu)形式、側(cè)墻設(shè)計等內(nèi)容進(jìn)行充分比較和科學(xué)論證，盡可能用科學(xué)合理的方法節(jié)省造價。
　　3.1基樁及承臺
　　采用基樁時，需進(jìn)行樁型、樁徑、樁長等多方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較。樁基比較時要考慮承臺造價。不同單體，不同地質(zhì)情況可選用不同的樁型，地基土對樁的支承能力盡量接近樁身結(jié)構(gòu)強度，盡可能發(fā)揮樁的作用。
　　布樁時優(yōu)先考慮在剪力墻或柱下布樁（荷載直接傳遞，承臺厚度小）并按群樁形心、荷載重心、基礎(chǔ)中心“三心”盡量靠近原則作優(yōu)化調(diào)整。單個承臺及整體布樁的布樁系數(shù)（上部總荷載與單樁承載力總和的比值）控制在0.75~0.90之間。基礎(chǔ)厚度在滿足抗沖切、抗剪切的要求下盡可能降低板厚。
　　與承臺相連的基礎(chǔ)梁計算長度不必取軸線間距離，否則配筋會增大，采用1.05倍凈跨度。合理選擇地梁的斷面并控制梁的截面尺寸和配筋。獨立基礎(chǔ)采用錐形基礎(chǔ)。
　　3.2天然基礎(chǔ)
　　裙樓及多層采用天然基礎(chǔ)部分，如獨立基礎(chǔ)設(shè)計為錐形基礎(chǔ)，邊緣厚度取200～300。無地下室部分且表層土質(zhì)較好的淺基礎(chǔ)不設(shè)計拉結(jié)地梁，隔墻砌在加厚的混凝土地面上。筏板基礎(chǔ)：天然地基底板應(yīng)設(shè)計為帶柱墩的平板式筏基，柱墩取板厚的2-3倍；柱墩鋼筋滿足構(gòu)造和計算時應(yīng)一半彎起，一半在柱墩邊截斷，底板下部鋼筋與柱墩彎起鋼筋搭接；高層建筑底板設(shè)計應(yīng)考慮上部結(jié)構(gòu)的剛度，對于地基均勻且上部結(jié)構(gòu)規(guī)整的筏板基礎(chǔ)，應(yīng)按倒樓蓋法進(jìn)行計算；筏基底板宜適當(dāng)出挑，一般出挑0.5m~2.0m左右，有梁時宜將梁一起出挑，當(dāng)有柔性防水層時不宜出挑，一般出挑邊跨跨長的1/4。
　　3.3地下車庫
　　比較地下車庫底板的幾種結(jié)構(gòu)形式如：“獨基（樁基承臺）+防水板”、“柱墩+無梁樓蓋”、“承臺+地梁+防水板”等幾種，應(yīng)根據(jù)建筑、荷載和場地條件進(jìn)行多方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析比較后再選擇最合理的方案。消防電梯的集水井應(yīng)與建筑專業(yè)溝通協(xié)調(diào)，盡量將其移至承臺以外的區(qū)域，通過預(yù)埋管道連通基坑和集水井，此方法處理，可大大簡化承臺設(shè)計和施工難度，達(dá)到節(jié)省工程造價的目的。
　　4構(gòu)件配筋設(shè)計優(yōu)化
　　4.1通用優(yōu)化措施
　　在施工圖階段，主要通過對構(gòu)件的精細(xì)化配筋設(shè)計降低含鋼量。包括兩方面工作，一是合理選擇鋼筋級別，二是合理控制鋼筋用量。
　　(1)采用軟件計算配筋時盡量采用人工配筋，鋼筋歸并系數(shù)小一些。自動生成的配筋不盡合理，不宜直接使用。
　　(2)結(jié)構(gòu)豎向應(yīng)按計算結(jié)果劃分區(qū)段，使各區(qū)段內(nèi)配筋相差不大，再分段出圖。多層宜層層出圖，高層宜每3~4層為一段出圖（標(biāo)準(zhǔn)層）。
　　(3)受力鋼筋盡量選用HRB400級鋼，當(dāng)受力很小或構(gòu)造配筋可采用HRB335級鋼筋、HPB235級鋼筋。
　　(4)《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》第3.9.3條要求，普通縱向受力鋼筋優(yōu)先采用HRB400級熱軋鋼筋，箍筋優(yōu)先選用HRB335級和HRB400級熱軋鋼筋。
　　(5)凡抗裂鋼筋均應(yīng)采用細(xì)密鋼筋，鋼筋級別不宜超過HRB400級，鋼筋間距不宜大于150mm。
　　(6)分布筋、拉結(jié)筋、架立筋等起輔助作用的鋼筋采用HPB235（d≤8）級鋼筋、HRB335(d≥10)級鋼筋。
　　4.2梁板配筋優(yōu)化措施
　　樓板的配筋應(yīng)以HRB335、HRB400級鋼筋為主。HPB235級鋼筋作為樓板鋼筋由于強度較低，往往由配筋率起控制作用，不經(jīng)濟(jì)。一般樓層端跨及跨度大于3900的樓板，上筋需拉通時可采用支座1/4板跨按計算配筋，跨中用小直徑鋼筋（如6mm）與支座鋼筋受拉搭接的方法連接，以節(jié)省鋼筋。
　　板厚≥150時，可能抗震或構(gòu)造控制，宜用HRB335級鋼筋。分布筋宜采用HPB235級鋼筋。
　　（1）梁、柱鋼筋直徑≥16mm時宜采用HRB400級，直徑＜16mm時宜采用HRB335級。剪力墻暗柱主筋按相同原則處理。梁的最小配筋率與鋼筋強度反相關(guān)，柱采用HRB400級鋼筋的最小配筋率比HRB335級鋼小0.1%，故主筋宜采用HRB400級鋼筋。
　　(2)梁的上部縱筋一般不放大，下部縱筋略放大，一般放大5%~10%且不宜超過15%。
　　（3）梁縱筋盡量采用較細(xì)鋼筋（如以3E18代替2E22）,可減少裂縫和鋼筋錨固長度。
　　（4）次梁和四級框架梁的架立筋（含角筋）不用貫通，中間可用E10~E12鋼筋搭接，搭接長度150mm，搭接部位一般在/3處，見《混凝土結(jié)構(gòu)施工圖平面整體表示方法制圖規(guī)則和構(gòu)造詳圖》(03G101-1)(修訂版)。當(dāng)梁跨度≤4m或支座負(fù)筋直徑≤16時，分段搭接未必節(jié)省，可不分段。
　　(5)非框支梁的普通框架梁，其下部鋼筋不需要全部伸入支座，可在節(jié)點附近部分截斷，見《混凝土結(jié)構(gòu)施工圖平面整體表示方法制圖規(guī)則和構(gòu)造詳圖》(03G101-1)(修訂版)。
　　(6)梁板結(jié)構(gòu)，計算梁的構(gòu)造腰筋時，應(yīng)扣除樓板厚度，腰筋宜用HRB335級。
　　（7）梁柱最小配筋率與鋼筋強度成反比，鋼筋強度越高越經(jīng)濟(jì)，故箍筋宜采用HRB400級（d=6,8,16,…）,和HRB335級（d=10~14）。HPB235級鋼筋因強度低，與混凝土粘結(jié)握裹性能差、最小配筋率高等原因不推薦使用。箍筋間距應(yīng)細(xì)分，不能只取@100、150、200幾種間距。
　　HRB400級鋼的延性、可焊性已經(jīng)大幅提高，與混凝土的粘結(jié)握裹能力也比圓鋼強，可大規(guī)模用作箍筋。
　　（8）梁上集中荷載處附加橫向鋼筋，優(yōu)先考慮箍筋，箍筋不足時，再加吊筋，吊筋不宜小于2��12。
　　（9）配置抗扭鋼筋時，應(yīng)將構(gòu)造腰筋計入到抗扭縱筋中。
　　（10）盡量避免梁寬≥350，否則箍筋按構(gòu)造要求需采用4肢箍筋，造成箍筋用量增加。
　　（11）次梁鋼筋可按非抗震設(shè)計要求錨固搭接，即以代替。
　　（12）壓頂梁、圈梁、構(gòu)造柱主筋應(yīng)采用HRB335級，箍筋應(yīng)采用HPB235級。
　　（13）門窗過梁應(yīng)根據(jù)跨度及荷載大小分段配筋，不能不分跨度大小采用同一截面配筋。
　　（14）所有主筋均可采用兩種直徑鋼筋搭配配筋，使配筋面積盡量接近計算或構(gòu)造要求。
　　4.3剪力墻、柱配筋要求
　　一般剪力墻的配筋率根據(jù)高規(guī)的規(guī)定：其豎向和水平分布筋的配筋率，抗震設(shè)計為一~三級時均不應(yīng)小于0.25%，抗震設(shè)計四級和非抗震設(shè)計不應(yīng)小于0.20%。
　　(1)剪力墻墻身水平筋用HPB235、HRB400級（d≤8）和HRB335級鋼筋（d≥10），垂直筋用HRB400級（d≤8）和HRB335級（d≥10）。
　　（2）約束構(gòu)造邊緣構(gòu)件中按抗震等級、剪力墻部位確定縱筋配筋率和配箍率時，主筋及箍筋間距不一定取50倍數(shù)，也可取其它數(shù)值，如不一定只取@100、@150，也可取@120、@125、@140等數(shù)值。
　　（3）構(gòu)造邊緣構(gòu)件暗柱一般不考慮體積配箍率，但應(yīng)滿足《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》第7.2.17條第4款的規(guī)定，配箍特征值不宜小于=0.1
　　(4)當(dāng)剪力墻水平分布鋼筋在約束邊緣構(gòu)件內(nèi)確有可靠錨固時，也可與其它封閉箍筋、拉筋一起作為約束箍筋計算。
　　（5）十字型剪力墻，交叉部位可按構(gòu)造要求配筋，L型、T型等剪力墻可考慮組合配筋優(yōu)化。
　　（6）框架柱、剪力墻暗柱的分布筋可采用HRB335級鋼筋直徑12~14
　　5結(jié)語
　　綜上所述，通過結(jié)構(gòu)設(shè)計人員的細(xì)致工作是可以降低結(jié)構(gòu)工程的含鋼量和整個建筑工程的造價的。該工程含鋼量低于開發(fā)商控制指標(biāo)10%，得到開發(fā)商的充分肯定。當(dāng)然，并不是提倡含鋼量越少越好，只有深刻理解規(guī)范條文和結(jié)構(gòu)受力原理、合理地進(jìn)行結(jié)構(gòu)布置、正確的選用荷載和選擇計算參數(shù)，并且重視結(jié)構(gòu)的概念設(shè)計，同時選擇適度的構(gòu)造措施，才能作出既安全又經(jīng)濟(jì)的結(jié)構(gòu)。