某高层商住楼的结构优化

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1、某高层商住楼的结构优化某高层商住楼的结构优化　［摘要］介绍了广西钦州市某高层商住楼的结构优化设计实例，提出了一些具体的结构优化措施，取得一定的效果，为结构设计师进行结构优化设计提供参考。　　　　广西钦州市某高层商住楼地上16层，地下1层，总高54m，裙房3层为商铺，4层及以上为住宅。原设计上部住宅部分采用剪力墙结构，剪力墙很多，内部筒体直接落到基础；裙房部分为大跨度柱网布置，下部柱网与上部剪力墙位置不同，在第4层楼面采用转换梁转换。基础采用静压预应力高强度砼管桩。由于当时工期比较紧，业主拿到设计图纸后马上开始了桩基的施工，桩基施工完成后施工图预算结果才出

2、来，发现结构含钢量比较高。于是，业主委托我们公司进行设计优化咨询。经过结构布置优化和计算分析比较，我们提出了一些改进，取得良好的效果。　　因为桩基已经施工，工期较紧，不允许对基础作大的改动，也就相当于在裙房柱网布置位置不变的情况下，对结构进行优化。本工程属于高位转换的复杂高层结构，高规［1］对此类高层建筑结构设计有许多规定，其中最重要的就是要求转换层上、下部等效侧向刚度相等或相差不大这一条。为了保证下部大空间整体结构有适宜的刚度、强度、延性和抗震性能，应尽量弱化转换层上部主体结构刚度，强化转换层下部主体结构刚度，使转换层上、下部主体结构的刚度及变形特征尽

3、量接近。然而为达到此目的而采取加大转换层以下框支柱截面的做法却是蹩脚的，因它对增强转换层下部的剪切刚度效果极不显著，还会造成结构不经济及使用不便的后果，实不可取。本工程做法是首先优化上部结构布置，减少上部剪力墙的数量和厚度，减轻上部结构的自重。通过调整结构布置，去掉了一些剪力墙，把原有的一些剪力墙开洞、开口、短肢化、薄墙化等，计算最大值层间位移角由原来的1/3520左右变为1/2164，大大削弱了上部刚度。把上部结构的刚度降了下来，也就等于结构优化成功了一半。经过计算，下部落地核心筒剪力墙均由上部的200厚加强到300厚就可以满足计算要求，比原设计的35

4、0厚小，且转换层上部与下部结构的X、Y方向较大等效侧向刚度比由原来的降低到，更接近1，结构布置更加合理。由于减轻了上部结构的自重，经验算修改结构布置后原来已经施工的基础能满足设计要求，优化取得显著的效果。　　墙柱一般是压弯构件，其配筋量在多数情况下都是构造配筋，因此在其混凝土强度等级合理取值且满足轴压比要求的前提下，墙柱截面不宜过大，否则用钢量将随其截面的增大而增加。原设计框支柱的截面大部分为1200*1200，虽然其柱底最大轴力比优化后大，但其轴压比也只有左右，远小于高规的限值。优化后框支柱的截面尺寸大部分减小到1000*1000，轴压比左右，比较接近

5、限值，能充分发挥混凝土的抗压强度，但其配筋还是构造配筋，显然柱混凝土和钢筋量大幅减少，经计算约节省30％。　　利用竖向交通井道而形成的剪力墙筒体，其外围墙体对结构刚度的贡献最大，而内部墙体则贡献甚微。在满足结构整体刚度的前提下，筒体内部的剪力墙不宜过多过厚和过于零碎，否则会增加该部位墙体用钢量且对结构作用不大。从施工角度看，剪力墙形成的筒体越是规整，施工就越方便。从受力角度看，筒体内部隔墙若设梁支承于筒体外围墙上，从而增大外围墙的轴力避免受拉对其受力反而有利，尤其是内筒的角部。本工程优化把核心筒内部的部分剪力墙改为用梁支承的填充墙，经计算结构整体刚度基本

6、无影响，而对结构的周期比有积极的影响，使第一、二周期平动更纯粹，结构设计更加经济合理。　　剪力墙分为加强部位和非加强部位两类，前者必须按约束边缘构件配筋，后者则按构造边缘构件配筋。不管是节点区还是其余墙段，前者的配筋量均远大于后者，因此在结构设计中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，而随意扩大抗震墙的加强部位肯定会增加用钢量。按高规［1］条明确确定，底部带转换层的高层建筑结构，其剪力墙底部加强部位的高度可取框支层加上框支层以上两层的高度及墙肢总高度的1/8二者的较大值，该工程可取框支层加上框支层以上两层，地下室也应加强，

7、则剪力墙底部加强部位应该为-1～5层，原设计中扩大到了7层，在优化设计中对其进行了修改。剪力墙如能合理地布置、截面合理取值，其配筋多半不是内力控制而是构造控制，这样其边缘构件主筋、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。即使因建筑物的重要性等级较高而需要提高其配筋率，也应控制在较小的幅度内，否则将大幅增加用钢量。　　用结构计算软件PKPM系列SATWE［5］计算时有部分剪力墙配筋较大，优化设计时对其采用剪力墙组合配筋修改及验算。该方法采用平截面假定的双偏压计算原理，解决了剪力墙分段配筋，边缘构件配筋相加方法造成钢筋偏大的问题，使钢

8、筋在墙体中布置效率更高更合理。经过优化设计，剪力墙边缘构件配筋可节约10％～30