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摘要:

建筑工程項目之中，建筑結構的成本所占份額相對較高。這里主要以某地房屋基礎設施工程實例為研究內容,研究了其結構方案優化設計及概念設計，希望能夠在實踐中充分發揮結構優化設計的作用，提高經濟效益。

關鍵詞:

建筑結構設計；優化設計；概念設計

1建筑工程結構優化設計的基本思路

建筑結構設計，即從建筑圖紙中提煉出的結構元素，利用它們來構成建筑物的結構體系，然后將各種荷載向基礎傳遞。經濟、適用、安全是設計的基本原則。在房屋結構中，結構優化設計技術主要涉及到兩方面:總體設計與部分設計。在充分滿足使用要求與設計標準的基礎上，根據項目現狀，以綜合經濟效益為核心來進行設計。現階段，樓房高度在日益增加，這樣對地基的要求也就愈發嚴格。這種形勢下，天然地基根本不能較好地符合項目需求，于是業界推出了越來越多的地基處理方案[1]。實質而言，不同方案的造價存在不小的差異，選用適用、低價的方案，可以適當減小項目造價。

1.1項目概況某住宅為高層，主要包括10棟樓，1~8號是32層，96.8m高；9~10號是18層，52.2m高；地下室埋深為4m,地下部分都是1層。小區占地122013m2。地上是商品房，地下是人防地下室、車庫與設備用房。二級安全，該住宅抗震級別是7度，設計地震as是0.1g。地震分組：第二組；場地為III類,特征周期Tg=0.55s，建筑主體都是剪力墻結構。

1.2地質狀況按照鉆孔揭露結果，根據巖土性質，該地地層主要包括13個地質層。素填土①、雜填土①、粉質黏土②、淤泥③、粉質黏土④、淤泥質土⑤、粉土⑥、含泥中砂⑦、粉質黏土⑧、淤泥質土⑨、含泥中砂⑨-1、含泥角礫⑩-1、殘積砂質黏性土⑩、全風化花崗巖⑾、強風化花崗巖⑿、強風化輝綠巖⑿-1、中風化花崗巖⒀的厚度分別為0.19～4.29m、0.99～5.09m、0.99～2.39m、4.39～21.90m、0.39～11.99m、0.49～13.90m、1.09～3.88m、0.99～13.49m、0.69～6.79m、0.59～6.85m、1.19～7.92m、0.39～3.79m、0.79～12.19m、0.79～7.39m、14～29.00m、2.90～3.49m、1.09～2.29m。

1.3基礎方案原基礎設計使用錘擊式預應力高強管樁直徑R為500mm，持力層是強風化花崗巖，樁尖進入持力層超過1m,單樁承載力特征值S為2500kN/m。1）本來沒有進行優化的基礎方案，返工損失。先施工18層的9號樓。施工錘擊管樁時造成非常嚴重的震動與噪聲，附近群眾對此進行投訴。于是，對基礎設計進行優化，選擇使用靜壓式預應力高強管樁。然而，該住宅地質表層具有很厚的淤泥，在施工過程，先將磚渣（厚度為1.5m）鋪于地表，然后將其壓實，確保靜壓樁機可以順利走機施工。等到9號、10號樓樁基結束以后，通過對樁基實施動測檢驗，發現錘擊與靜壓施工的9號與10號樓的一、二、三、四類樁分別是62%、16%、16%、6%與50%、20%、20%、10%。究其根源，由于表層淤泥較厚，開挖基坑的過程中，根本無法分層進行，一次性開挖深度相對較大,相關機械設備運行過程中將會側向擠壓管樁，導致淤泥和粉質黏土相鄰部位管樁被破壞。同時，靜壓樁機重量相對較高，走機施工過程中能夠對那些已經施工的管樁形成嚴重的破壞，所以，形成相對較多的三、四類樁。這樣導致補樁成本提高了72萬元，而工期延長了近60d。2）分析樁基方案。關于1~8號樓的基礎，有關單位展開探討，最初達成共識是把樁基變成C35沖孔灌注樁，直徑800mm。持力層與原設計相同，樁尖到持力層超過8m，S取4000kN/m。首先試樁2根，然后進行靜載，1號和2號試樁分別進入持力層8m與10m。在此基礎上，實施樁底高壓注漿，達到混凝土齡期28d后，接著開展靜載試驗，兩者的S數值分別為3000kN/m與3200kN/m。可以看出，通過沖（鉆）孔灌注樁，S相對較小，同時所需要的工期相對偏長，成本偏高，對該項目不合適。3）根據具體狀況優化樁基方案。使用靜壓式預應力高強管樁，輔助以水泥攪拌樁，以此來加固基礎表層，合理設計消壓孔的方式。水泥攪拌樁與樁間土一起對結構負載進行承擔，構建起復合地基。優化的樁基方案具有加固地基的功能，充分確保靜壓樁機工作過程中不會發生沉陷、不會對那些已經布設好的管樁形成側向擠壓破壞。同時表層變為硬層，開挖基坑過程中，相關機械工作的時候對管樁形成相對較小的側向擠壓。因樓層為32層，安排的管樁密度較大，留設消壓孔主要是為了降低管樁施工過程中的擠土效應[2]。4）優化后的樁基方案具有明顯的效益。水泥攪拌樁，樁徑500mm，樁長接近10m。施工樁基的時候，水灰比0.5，水泥摻量20%，42.5R硅酸鹽水泥，梅花樁結構布局；消壓孔孔徑300mm，設置于樁基原位，取土長度15m，其數目是管樁數目的四分之一。施工水泥攪拌樁結束22d以后著手布設靜壓樁，接著開挖基坑，按照該方式1號樓的樁基一、二類樁分別是80%、20%，都合格。可以看出，在該類地質條件下，選擇該方法十分適用,便于操作、經濟、快速、沒有污染等，對城建項目十分適用。5）優化技術的實現，能夠全面發揮出材料的性能，充分協調樓房結構內部各單元，在很大程度上提升了地基的安全水平，還能夠為方案設計做出科學決策。

2概念設計的作用

對同一個建筑方案，存在若干個結構設計。結構明確的樓房，就算是荷載相同，同樣具有若干分析方法，相關材料、參數等也不是唯一的。需注意的問題是，樓房內部的布設，同樣存在差異。上述一切是電腦技術不能徹底應對的，離不開設計工作者的自主判斷。判斷必須遵循結構設計規律，按照項目經驗來做，此即為概念設計。

2.1對結構設計全程具有統領作用一般情況下，結構工程師的結構概念隨著自己的工作經驗的增加而愈發豐富，設計成果同樣不斷改進。但是，伴隨社會分工不斷細化，他們中多數人僅僅單純依靠設計手冊、規范、電腦程序來進行一些傳統的設計，根本不會積極創新。

2.2能夠處理諸多設計問題毋庸置疑的概念設計可以確保樓房結構在許多外界影響下降低破壞程度。剛度對稱、均勻，是降低地震作用對于結構形成破壞的行之有效的方法；延性設計，可以降低結構由于受到地震影響而造成的脆性破壞;當發生特大地震的時候，多道設防可以確保樓房的次要構件先破壞，通過這種方式將一定比例的地震能量消耗[3]。

2.3能夠有效彌補計算理論的不足概念設計之所以具有關鍵的作用，是由于當前計算理論仍然具有一些不足。比如，對混凝土結構設計，主要以彈性理論為基礎來求解內力；對于截面設計，是基于塑性理論的極限狀態設計方法。上述沖突，導致求解結果和結構的具體受力大小存在很大的差距。為有效解決計算理論上述不足，離不開良好的結構措施和概念設計，以符合結構設計的需要。概念設計非常關鍵，因為在方案設計環節，初步設計的時候無法利用電腦來進行。因此，結構工程師必須充分利用自己了解的結構概念，確定相對合理的結構方案。

3結語

建筑項目中，設計人員必須堅持科學、適用、經濟的基本指導思想，周密分析、精心設計，使用各種高新技術方法，確定科學的結構設計方案。住宅樓房的基礎方案，通過相關設計工作者應用概念設計的理念，優化結構，如期竣工，減小了項目成本，提高了項目經濟效益。

參考文獻:

[1]姜偉.巧借結構設計優化,奠定房屋建筑結構設計基礎[J].中國建材科技,2015,01:115-116.

[2]王鵬.建筑結構設計優化方法在房屋結構設計中的實際應用分析[J].中國建材科技,2014,04:162-163.

[3]王也.建筑結構設計優化方法在房屋結構設計中的應用[J].中華民居(下旬刊),2013,03:81-82.

作者：許若翊 單位：中國平煤神馬建工集團