菲丽总部大楼项目的结构优化设计

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【摘 要】优化设计节约成本、控制资金，利国利民，更利于企业，所以在建筑物结构设计中得到了日益广泛的应用。本文结合实际工程项目，简要叙述了结构的优化设计，旨在与同行工程技术人员共同探讨。

【关键词】优化设计；型钢柱；成本控制

1、工程概况

菲丽总部大楼项目是一个100多米的超高层建筑，该工程建筑层数：地下二层，地上三十层（包括地面裙房四层，未包括主屋面上水箱间及电梯机房层）；功能布局 ：地下室（地下1、2层平时车库及设备房，地下2层战时人防）；裙房（1层为商业、入口大堂；2～3层、4层北侧为高端商业；4层南侧为办公）；主楼（其中5～14、16～30层为高级办公用房，15层为避难层兼中间设备层），主楼屋面为水箱间及电梯机房。建筑物高度：至裙房屋面女儿墙、主楼屋面结构面、水箱间屋面结构面分别为23.1米、125.5米、132.5米。该项目结构遇到最关键的问题就是业主要求的优化设计，业主希望在确保建筑物结构安全的情况下，用钢量混凝土用量等等都要求最小化。

2、结构设计改造方案

首先，我们根据建筑布局，功能等多方的因素，考虑最优的结构形式，为框架-核心筒，按照《高规》JGJ3-2010第3.9.2条规定，当建筑场地为Ⅲ、Ⅳ类时，对设计基本地震加速度为0.15g和0.30g的地区，宜分别按照抗震设防烈度8度（0.20g）和9度（0.40g）时各类建筑的要求采取抗震构造措施。本工程场地类别为Ⅲ类，设计基本地震加速度为0.15g，所以按《高规》JGJ3-2010第3.9.2条规定，本项目内力分析计算等按2级抗震，抗震构造措施按1级，因为抗震构造措施要按照1级，所以我们选择了使用型钢框架柱，可以有效地减小框架柱的截面尺寸，但是不影响框架柱轴压比的满足。筒体按照建筑布局设置，框架梁设置为主梁，然后次梁为每跨两道，核心筒体内部的剪力墙沿着建筑高度适当的减小厚度，按照此模型建立以后，考虑到业主的成本控制，经过不断的调整模型，最后按此计算结构出设计施工图。但业主认为此结果还有优化的可能性，让我们进行第二次优化设计。经过我们设计人员的商议，最后将靠近筒体的一圈框架柱去除，用斜梁与核心筒搭接，楼板厚度增加10mm，次梁有原来的两道改为一道，考虑到强柱弱梁的原则，框架柱截面尺寸变大，型钢柱的钢骨工字钢可以相应的减小截面及厚度，框架梁及次梁截面也相应的减小，标准层详见附图1。

3、设计改造方案结果

按照此梁柱设置进行建模，经过不断的优化计算复核，标准层钢筋含量约减少4.5%；总钢筋用量估算减少3.5%～5%，混凝土用量约减少5%左右，业主对此结果非常满意，最后按照此优化结果进行施工图的设计。

4、结语

从这次的项目优化设计来看，让我们看到了结构布局的重要性，在建筑布局的基础上，结构相应的设置梁柱，梁柱的设置应该遵循强柱弱梁的原则进行，框架柱在结构中承受梁和板传来的荷载，并将荷载传给基础，是主要的竖向受力构件柱子不先于梁破坏，因为梁破坏属于构件破坏，是局部性的，柱子破坏将危及整个结构的安全，可能会整体倒塌，后果严重。所以我们要保证柱子更“相对”安全，故要强柱弱梁；弯曲破坏是延性破坏，是有预兆的--如开裂或下挠等，而剪切破坏是一种脆性的破坏，没有预兆的，舜时发生，没有防范，所以我们要避免发生剪切破坏。这就是我们设计时要结构达到强柱弱梁，强剪弱弯这个目标。人为的控制不利的、更危险的破坏发生。框架柱断面进行了适当调整，并沿高度适当收进截面；因为柱截面在低烈度区一般都是轴压比控制，上面一些层数柱子的轴力比较小，配筋率也比较低，在不影响层间位移角的前提下，可以缩小截面，而且缩小后的柱截面满足规范对柱截面的要求。梁宽度尽量控制在350以下（或300以下），否则要用四肢箍；梁高的增加对梁的抗弯刚度增加更有效，所以尽量增加梁的高度而不是宽度，把让布置成连续的，对绕度控制有利，也有利于减小梁高。次梁间距要控制好。可以减小核心筒剪力厚度，但要满足规范。因为应力的分布形式是：两端大，内部小，内部受力小，可以减小墙厚，且其对抗扭刚度贡献小。所以说不是一味的柱子截面大，梁的截面大就是最安全的，会造成一定的浪费，有时候一道梁的设置比两道梁来的更为合理，型钢柱虽然施工相对来说有点困难，但是有效地减小了截面的尺寸，相应的柱子的混凝土用量和用钢量也会相应地减少，而且能很好的控制柱子的轴压比，更好地满足规范的要求。

因为以前的项目从未要求过优化设计，现在有了明显的对比，让我们对结构设计有了进一步的提高。我们现在的有些设计单位设计比较偏保守，有时一味追求结构的安全性，放大安全系数，很少考虑到工程造价的控制，成本意识比较薄弱。此外，设计人员受经验和眼界限制，往往不能站在甲方的角度考虑问题。确保结构的安全性是结构设计工作者的首要任务，但是在追求结构的安全性的同时，我们也要考虑到工程成本的控制，站在甲方的立场，换位思考，从而更好的从事设计工作。随着居民生活水平的不断提高，国家宏观调控力度的加大和原材料价格的上涨，很多企业从内部发掘潜力，节省资源。很多企业已经开始加大对设计优化的投入，特别是一些大型的项目投资，节约成本，控制资金，科学的、合理的、有效的成本控制，成为提高企业盈利的重要途径之一，能够使企业更加健康的生存以及长期的发展起着功不可没的作用。虽然我国是个资源大国，但是无限制的使用也会有匮乏的一天，所以设计优化对节约材料、保护环境也起着重要的作用，更加符合国家“低碳、节能、环保”的理念，利国利民，更利于企业。所以我们作为设计人员，也应该考虑到各个方面的需求，从而做出更好的设计作品，造福于民。