[摘要]本文結合昆山市云山詩意花園住宅區優化設計實例，分析了設計階段影響工程造價的主要因素，總結了鋼筋混凝土剪力墻住宅優化設計，特別是如何降低含鋼量的措施，供業內人士參考。
　　[關鍵詞]結構優化，降低含鋼量，具體措施
　　
　　1概述
　　云山詩意花園住宅小區以徽派建筑為基調，融合一些其他中國民居元素�；帐浇ㄖ�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建筑結構選型與布置的優化
　　根據開發商提出的含鋼量要求，通過結構選型和布置，使結構體系和平面布局達到最合理并滿足建筑功能的要求。列舉如下：
　�。�1）選擇比較規則的平面方案和立面方案。應盡量避免平面凹凸不規則或樓板開大洞，控制平面長寬比，合理設縫，使結構剛度中心與質量重心盡量接近。豎向應避免有過大的外挑和內收，同時注意限制薄弱層、躍層、轉換層等不利因素，使側向剛度和水平承載力沿高度均勻平緩變化。如圖2：
　　
　�。�2）應根據建筑布局、高度和使用功能要求選擇經濟合理的結構體系。比如，7度、Ⅲ類場地地區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件的配筋率以減少暗柱數量，其邊緣構件縱向筋配筋率往往較低。
　　(3)小高層、中高層剪力墻住宅結構剪力墻的優化空間較大。剪力墻的布置，根據建筑功能要求和內部隔墻的分布，并按照“均勻、分散、對稱、周邊”的原則，以使結構整體有較好的抗側移和抗扭轉能力。合理調整結構構件截面，使抗震結構體系剛度和承載力沿豎向變化均勻，且受力明確，以提高結構的抗震性能。在滿足規范及計算的前提下盡量減少剪力墻的數量，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）一般剪力墻結構標準層墻體厚度取200，該工程(一期)1~15#樓（12~16層）剪力墻住宅，結合高規的規定，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，按照高規規定，僅加厚墻體而不增加墻長，墻體會轉化為短肢剪力墻。對此情況底層剪力墻的配筋是否應嚴格遵守高規的規定是值得商榷的問題�？紤]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,墻長滿足穩定要求。通過以上兩點細化，可適當減小剪力墻含鋼量。
　　(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，當墻肢截面高度與厚度之比雖為5~8，但墻肢二側均與較強連梁（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”。當短肢剪力墻的兩側與較強的連梁（L/h≤2.5）相連時，應屬于延性和抗震性能較好的聯肢墻，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）剪力墻結構僅少量墻肢不落地，做框支轉換，且其負荷面積占樓層面積范圍很小時（≤8%），可僅按個別構件轉換考慮，不必把整個層都作為轉換層。局部轉換，一個樓層僅有小范圍轉換，僅需局部設置少數轉換構件，這就是結構的局部轉換。兩種轉換在結構受力上雖然都存在相似的缺點，但程度上有很大的不同。整體轉換的結構不但在豎向荷載下傳力不直接，傳力路徑復雜，而且轉換層上、下部樓層結構豎向剛度發生突變，地震作用下易形成結構下部變形過大的軟弱層，進而發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。對結構的影響是整體性的，程度很嚴重。局部轉換雖然豎向荷載下，結構傳力不直接、傳力路徑復雜，但結構的樓層豎向剛度一般不會發生突變。
　�。�7）剪力墻的窗下墻盡量用輕質填充墻，可延長周期，并節約造價。
　　3基礎設計優化
　　基礎造價占結構比重較大，基礎的節省將對整個工程造價的降低起到重要性的作用。基礎設計的關鍵是合理選擇基礎形式。一般低層住宅優先考慮淺埋天然基礎，多層住宅優先考慮沉降控制復合樁基、地基處理。設置地下室時，要對地下室的埋深、抗浮水位、樁型、底板頂板結構形式、側墻設計等內容進行充分比較和科學論證，盡可能用科學合理的方法節省造價。
　　3.1基樁及承臺
　　采用基樁時，需進行樁型、樁徑、樁長等多方案的技術經濟比較。樁基比較時要考慮承臺造價。不同單體，不同地質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構強度，盡可能發揮樁的作用。
　　布樁時優先考慮在剪力墻或柱下布樁（荷載直接傳遞，承臺厚度�。┎�按群樁形心、荷載重心、基礎中心“三心”盡量靠近原則作優化調整。單個承臺及整體布樁的布樁系數（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。獨立基礎采用錐形基礎。
　　3.2天然基礎
　　裙樓及多層采用天然基礎部分，如獨立基礎設計為錐形基礎，邊緣厚度取200～300。無地下室部分且表層土質較好的淺基礎不設計拉結地梁，隔墻砌在加厚的混凝土地面上。筏板基礎：天然地基底板應設計為帶柱墩的平板式筏基，柱墩取板厚的2-3倍；柱墩鋼筋滿足構造和計算時應一半彎起，一半在柱墩邊截斷，底板下部鋼筋與柱墩彎起鋼筋搭接；高層建筑底板設計應考慮上部結構的剛度，對于地基均勻且上部結構規整的筏板基礎，應按倒樓蓋法進行計算；筏基底板宜適當出挑，一般出挑0.5m~2.0m左右，有梁時宜將梁一起出挑，當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構形式如：“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，應根據建筑、荷載和場地條件進行多方案技術經濟分析比較后再選擇最合理的方案。消防電梯的集水井應與建筑專業溝通協調，盡量將其移至承臺以外的區域，通過預埋管道連通基坑和集水井，此方法處理，可大大簡化承臺設計和施工難度，達到節省工程造價的目的。
　　4構件配筋設計優化
　　4.1通用優化措施
　　在施工圖階段，主要通過對構件的精細化配筋設計降低含鋼量。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，鋼筋歸并系數小一些。自動生成的配筋不盡合理，不宜直接使用。
　　(2)結構豎向應按計算結果劃分區段，使各區段內配筋相差不大，再分段出圖。多層宜層層出圖，高層宜每3~4層為一段出圖（標準層）。
　　(3)受力鋼筋盡量選用HRB400級鋼，當受力很小或構造配筋可采用HRB335級鋼筋、HPB235級鋼筋。
　　(4)《建筑抗震設計規范》第3.9.3條要求，普通縱向受力鋼筋優先采用HRB400級熱軋鋼筋，箍筋優先選用HRB335級和HRB400級熱軋鋼筋。
　　(5)凡抗裂鋼筋均應采用細密鋼筋，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梁板配筋優化措施
　　樓板的配筋應以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，不經濟。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，以節省鋼筋。
　　板厚≥150時，可能抗震或構造控制，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，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《混凝土結構施工圖平面整體表示方法制圖規則和構造詳圖》(03G101-1)(修訂版)。當梁跨度≤4m或支座負筋直徑≤16時，分段搭接未必節省，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，可在節點附近部分截斷，見《混凝土結構施工圖平面整體表示方法制圖規則和構造詳圖》(03G101-1)(修訂版)。
　　(6)梁板結構，計算梁的構造腰筋時，應扣除樓板厚度，腰筋宜用HRB335級。
　�。�7）梁柱最小配筋率與鋼筋強度成反比，鋼筋強度越高越經濟，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，與混凝土粘結握裹性能差、最小配筋率高等原因不推薦使用。箍筋間距應細分，不能只取@100、150、200幾種間距。
　　HRB400級鋼的延性、可焊性已經大幅提高，與混凝土的粘結握裹能力也比圓鋼強，可大規模用作箍筋。
　�。�8）梁上集中荷載處附加橫向鋼筋，優先考慮箍筋，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，應將構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計要求錨固搭接，即以代替。
　�。�12）壓頂梁、圈梁、構造柱主筋應采用HRB335級，箍筋應采用HPB235級。
　�。�13）門窗過梁應根據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造要求。
　　4.3剪力墻、柱配筋要求
　　一般剪力墻的配筋率根據高規的規定：其豎向和水平分布筋的配筋率，抗震設計為一~三級時均不應小于0.25%，抗震設計四級和非抗震設計不應小于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）約束構造邊緣構件中按抗震等級、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，也可取其它數值，如不一定只取@100、@150，也可取@120、@125、@140等數值。
　�。�3）構造邊緣構件暗柱一般不考慮體積配箍率，但應滿足《高層建筑混凝土結構技術規程》第7.2.17條第4款的規定，配箍特征值不宜小于=0.1
　　(4)當剪力墻水平分布鋼筋在約束邊緣構件內確有可靠錨固時，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，交叉部位可按構造要求配筋，L型、T型等剪力墻可考慮組合配筋優化。
　�。�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結語
　　綜上所述，通過結構設計人員的細致工作是可以降低結構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商控制指標10%，得到開發商的充分肯定。當然，并不是提倡含鋼量越少越好，只有深刻理解規范條文和結構受力原理、合理地進行結構布置、正確的選用荷載和選擇計算參數，并且重視結構的概念設計，同時選擇適度的構造措施，才能作出既安全又經濟的結構。