探究结构设计中多方案比较的应用

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摘 要:本文通过某商业中心这个工程实例，着重介绍施工图设计阶段中，结构专业设计人员在结构设计过程中，如何进行结构方案设立、比较、优化、计算，使项目的建安造价从设计开始就得到有效控制，使项目工程设计在技术、安全、适用、经济各方面取得综合协调最优化的效果。

关键词:商业中心；多方案；结构设计

中图分类号： TB482.2文献标识码：A 文章编号：

1．工程概况

某商业中心，是以娱乐为主的商业楼。总用地面积3726㎡，总建筑面稠11728㎡，其中地下3800㎡，地上7938㎡。地下一层，地上三层，总建筑高16m：非承重的护墙采用陶粒空心砌块，建筑物的内隔墙为陶粒空心砌块，墙厚为1OO及200厚两种。

结构形式为框架结构，使用年限为50年，抗震设防烈度为8度(O．2g)建筑场地类别为Ⅲ类，不考虑地基土液化影响，基本风压为0.45kN／㎡。

2．基础设计

2．1工程地质概况

根据地质堪探报告拟建场地土类型属于中软土，人工堆积层和第四纪沉积层二大类，当地震烈度达到8度时，本场地的地基土不会发生地震液化。本场区地下水水位埋藏较深，可不考虑其地下水水质腐蚀性问题。

2.2基础选型

由于地下室地面标高为一4．800m ，相当于绝对标高22．050m。地基持力层确定为第四纪沉积之砂质粉土、粘质粉土⑧层及粘土、重粉质粘土③1层，综合考虑地基承载力特征值fak=l40kPa。基础备选方案：

a．柱下独立基础：土方量较小，结构形式简单造价相对较低，适合于框架结构柱底反力较小，地基承载力较高的基础埋深较浅的结构，用混凝土防水板解决底板放水问题。

b．柱下基础梁：结构整体性较好，适合于地基土承载力较低的，地下室防水要求不高的结构。用混凝土防水板解决底板放水问题。

c．筏板基础：结构整体性好，结构防水性能良好，造价相对较高。

为了确定出经济合理的基础方案，首先试算出基础大小，然后选取结构的标准轴网作为分析单元，对三种基础方案进行比较。

表1-1

从分析表中可以看出，独立基础加防水板和基础梁加防水板是比较经济的做法。由于地下室有电梯基坑、水泵房、集水坑等设施，采用独立基础不容易实现，且整体性不好，所以选择了柱下基础梁的方案。

柱下基础梁在电梯基坑、集水坑等部位局部加高。水泵房和隔油池埋深较深且防水要求较高，此部分用筏板解决。通过计算调整此部分筏板下地基反力使之与地基梁下反力尽量相等，在两部分交界处用尺寸较大的地基梁相连接，使两部分的沉降尽量一致。

3．上部结构分析和设计

3．1概况

具有较好的抗震性能，框架结构的延性大、耗能能力强。本工程建筑总高不高，建筑功能要求内部有较大空间且需灵活的平面布置，所以框架结构是最好选择。结构总长138.9m，中间设置一变形缝将地面以上结构分成两个体系。

地下间隔30m设置温度后浇带，以减少混凝土浇筑时产生的温度应力。框架轴网为6．4m X 6．Om、7．2m×6．Om。结构X向柱多于Y向柱，为保证在地震力和风荷载作用下满足承载力和变形的要求， 经过试算调整， 中柱尺寸为70Omm X7O0mm，边柱为70Omm×900mm。

3.2楼盖体系选择

a．方案一【梁一板体系)：由于平面板跨较大，为保证板挠度要求，混凝土板厚需要150mm，由于自重较重，地震作用较大，经整体计算分析，框架柱、框架梁均需较大尺寸才能满足规范要求。

b．方案二(主一次梁体系)：板跨较小，混凝土板厚100mm，自重较小，地震作用较小，整体刚度大，框架柱、框架梁尺寸较小。

表2-1

通过比较，虽然方案二比方案一在土建经济指标上有一定优势，但按方案二进行设计会影Ⅱ向风管、水电管的布置，建筑功能也会受到影响，综合造价会有比较大的提升。通过和各专业及甲方商议决定按方案一进行设计。由此可以看出，仅仅从一个专业进行分析比较出的结果并不一定是最优方案。必须协同各专业意见才能选出最优方案。

从受力角度看主一次梁体系受力清楚，传力途径简单明确。在支承和传递荷载过程中，主次梁的弯曲变形i均与他们各自承担的弯矩Mi及其自身跨度的平方li成正比，而与弹性模量E和弯曲平面内的截面惯性矩li成反比。另一方面，从设计要求来分析，建筑功能要求主次梁所占结构空间高度越小越好。这就意味着应通过合理调整主次梁的跨度来解决这一问题，最好做到主次梁各自受力所需的截面高度是一样的。再者，结构的整体受力性能要求主梁的弯曲变形除满足规范的允许挠度限值外，还应控制在次梁弯曲变形值的1／2～1，3范围内最为理想。同时还应有足够的抗扭刚度。主次梁楼盖的柱网宜设计成矩形。以短跨为主梁，长跨为次梁，且短跨与长跨的比例小于0．75相对比较经济。主次梁底取平不但经济还很美观。本工程建筑上的特殊性使楼盖体系不能选择矩形轴网，也使主次梁体系的经济指标并不突出。

3．3结构计算

在应用计算程序计算时，总信息是控制全局的参数。根据《全国民用建筑工程设计技术措施》和《SATWE用户手册及技术条件》合理选择了计算参数。

本工程填充墙较少，周期折减系数取O.8。考虑梁在竖向荷载作用下的塑性内力重分布，通过调整使梁端负弯矩减少，相应增加跨中弯矩，使梁上下配筋均匀，梁端弯矩调幅系数取0．85。考虑到现浇楼板对梁的作用，楼板和梁连成T形截面梁工作，而计算时梁截面取矩形，因此将边梁刚度增大系数取1 5，中间梁刚度增大系数取2．0。程序没有考虑楼板对梁扭转的约束作用，梁的计算扭矩偏大，实际配筋时梁扭矩折减系数取0．4。

在建筑结构中，楼板主要承受竖向荷载作用。由于楼板既有平面内刚度，又有平面外刚度，在水平力作用下，楼板对结构的整体刚度、竖向构件和水平构件的内力有一定的影响。在多层建筑结构中的位移比计算假定为．刚性楼板假定+扭转偶联+侧刚模型。所以在进行周期比、位移比、弹性层间位移角计算时一定要选择刚性楼板假定，否则对梁柱截面大小都会有很大影响。

4．结论

画一张工程施工图纸对一个受到过正规专业教育的工程技术人员并不太困难，但是要画出一张既适用又经济的工程施工图纸，对一般的工程技术人员就不那么简单了。对于施工图纸中的技术问题，我们的设计人员都能有条有理地说出来龙去脉，但是一旦涉及费用，我们的设计人员都只能避而不谈，或者干脆回答： “不知道，去问预算吧”。工程设计人员对设计方案优选重要性的认识，因其自身缺陷而显得心有余而力不足。工程设计全过程方案优选是控制建设项目的有效手段，但因设计人员对费用的麻木而推广不畅。

作为管理设计人员的设计单位，则应加强设计管理，提高对设计方案优选对提供合格的工程设计成果、促进设计企业市场竞争能力提高的认识。引导、鼓励、支持设计人员在工程设计过程中，运用设计多方案比较选优的方法，提高设计产品的社会竞争力。