住宅优化设计技术措施

第1页住宅优化设计技术措施住宅结构优化设计的几个方面在结构设计的结构方案、内力分析、截面计算、连接构造四个层次中，住宅设计在以下几个方面进行优化：1.建筑方案（建筑平立面布置）的抗震性能优化2.结构方案在结构体系布置上使建筑物地震响应最小，内力效应最低3.计算模型优化4.抗震措施及构件设计上优化关注建筑和结构方案阶段的密切配合1.建筑方案应符合抗震概念设计的原则，即规则化要求，争取在建筑方案确定前参与方案的研究，强调规则性要求，在确保抗震性能和降低造价的重要作用，力推满足规则性要求的建筑方案。规范中列出了三项平面不规则和竖向不规则尽量避免或减小不规则的程度，这直接影响着抗震性能和经济指标的控制，注意竖向不规则对抗震性能的影响的严重性超过平面不规则的严重性。2.在建筑设计的初期，结构设计人员应与建筑师密切配合，根据结构概念知识初步确定剪力墙布置，调整建筑方案中不合理的体形或布局，避免不规则或特别不规则、严重不规则平立面布置。结构优化往往是各专业密切配合，充分沟通，并综合前述各方面要求，经多方面比较后形成一个优化的结构布置，一个好的结构布置对房屋建设成第2页本的控制起到了关键作用。3.结构方案在结构体系布置上使建筑物地震响应最小（内力、变形、裂缝）。在结构体系布置时，尽可能多方案比较，与建筑专业密切配合，得到尽可能各方满意的结构方案。4.避免接受抗震性能差、费钱的方案设计。住宅优化的第一道关在建筑方案，如果建筑较好地遵循规则性要求，可获得较佳的抗震性能，省去不少钢材。使甲方明白、理解、接受优化设计结构是关键建筑是前提，省钱的不仅取决于结构，而更重要的是取决于建筑方案的观念。建筑方案由设计、方案公司、甲方一起讨论，避免木已成舟，被动地接受抗震性能差、费钱的方案设计。住宅优化设计的具体技术措施建议（一）剪力墙布置：高层剪力墙住宅中剪力墙身用钢量占45~65%，边缘构件用钢量占30~50%，因此剪力墙布置的优劣直接关系到整个结构的经济指标剪力墙布置的基本原则：尽量减少剪力墙布置数量，且各墙肢布置时应考虑如何减少边缘构件数量（每平米剪力墙、边缘构件数量对经济指标影响很大），以期通过布置较少的抗侧力构件获得满足规范要求的平移刚度、扭转刚度满足规范的层间位移角、周期比、位移比的要求。1.强周边，弱中部。剪力墙尽可能布置周边外墙，必要时可利用窗下墙设置高连梁加强刚度，中部宜减小剪力墙布置，以便提高结构抗扭刚度，控制周期比、位移比，同时有利于建筑外墙防水。第3页2.多布均匀长墙（≤8m），少短墙。但要注意的是在在一个结构单元个别墙肢较长而其余较短时，长墙肢承担总地震份额大，在超越设防烈度地震作用下，首先发生破坏，结构因个别墙肢的破坏连续倒塌。尽量避免小墙肢。短墙肢越少越好，短墙肢、小墙肢多，边缘构件多，使用钢量增多。精心选择对结构承受竖向荷载和水平地震力有力的隔墙位置设置剪力墙，尽量拉大间距，避免在较小的间距内布置多道剪力墙。通过均匀加长剪力墙肢长度，减少剪力墙数量，使结构整体抗侧刚度增加，边缘构件数量减少，保证结构平移和扭转刚度的要求。减小扭转效应，尽量布置使结构刚心、质心重合。减少扭转效应的措施见结构设计每周提示。3.少布复杂形状转折墙、少布墙垛。转折墙对边缘构件有影响，避免不必要的大暗柱设置。外墙截弯取直，减小地震作用和用钢量，折线长于直线，增大地震力，增加用钢量。减小住宅的建筑周长系数（即每平米建筑面积所占的外墙长度）。建筑周长系数大，用钢量、水泥用量都会大，减小周长系数，材料用量降低。4.多连续少半框，少独立墙肢。尽量将两个方向的剪力墙通过连梁连成整体形成贯穿整个结构宽度或长度的抗侧力结构，避免独立墙肢或半框架墙肢出现，这有利于增加结构整体的抗侧刚度从而减少剪力墙布置量来满足层间位移角限要求，实现剪力墙少刚度较大，避免剪力墙多刚度小，不满足层间位移角限要求还多用材料。5.剪力墙沿高度均匀变化。第4页6.各墙肢轴压比值接近。并尽量结构抗震等级轴压比限值，可避免由于通过连梁或框架梁来调整各墙肢的轴向变形差致使梁内力增大，配筋较大，甚至配筋困难。且可减少剪力墙布置量及结构自重让每一道剪力墙直接发挥其竖向承载作用。7.力求剪力墙及边缘构件均调整到按构造配筋，降低墙肢长度的不均匀性，减小用钢量。8.墙间距按板跨经济性确定少布墙，布均匀长墙（刚度并不少）；少开洞，减少边缘构件。板厚一般12~14cm较经济，按1/40板跨（短向），墙间距4.8~6.4m，板跨经济间距合理。板厚小于12cm走电管有困难，板支座筋鼓出板面。9.减少混凝土隔墙，管道井处不做混凝土墙。合理的剪力墙结构布置是：外围多布，中部墙间距及长度相差不多，剪力墙之间有梁连接且连续贯通。（二）梁、板布置：高层剪力墙住宅含钢量中梁、板合计约占35~55%，梁、板布置也不容忽视。1.楼板绝大多数均为构造配筋或接近构造配筋，板厚就决定了用钢量的大小，因板厚按挠度、裂缝、穿管的最低要求取值，不必过厚。2.楼层梁布置力求梁具有简单明确的传力路径，避免多重次梁、多次传力的情况，梁经济跨度一般在3m~5m之间。3.若非刚度及连接一字形墙的需要，不宜设置高连梁，因梁越高，第5页混凝土量越大，构造配筋越多。4.建筑的洞口顶可设置后浇过梁，再砌梁上填充墙。高连梁开横缝，改成双连梁或多连梁，避免超筋超限，降低高配筋量。5.较小跨度（3.6m以内）的板上有隔墙或板开洞时，墙位置或洞边可不设置梁，可在板内设加强筋的方式解决，这样可降低由于设置梁而出现受力复杂或设置梁构造配筋而增加用钢量的情况。6.角部设置转角窗时，宜在窗端设置与窗台同宽的端柱，转角梁高度取楼板上下窗间高度，加厚上、下窗台板，使之形成的［字形梁与端柱形成一个通过梁抗扭刚度来传递弯矩和剪力的抗侧力构件，再辅以斜向钢筋加强带使结构整体抗震性能有较大改善。7.楼板、筏板一律按塑性板计算。（三）计算分析和调整1.建模计算时，隔墙按1.5KN/m2，在具体构件配筋计算按荷载精细取值。①等效均布载增加并不多时，隔墙下不设梁，隔墙接近板边时不设梁。②外墙荷载扣除门、窗洞口面积，按实际荷载计算。③尽量使用新型轻质高强材料，降低自重。2.参数控制：①层间位移角宜尽量接近规范值1/1000；②周期比、位移比的调整。（见设计提示2011.6.1）a.周期比、位移比不满足要求可采取下列措施，增加结第6页构外围刚度即把周边定义为连梁的梁改为框架梁或增加连梁高度。b.减少结构中部剪力墙的数量及降低连梁的高度以加长平移周期改善周期比。C.查看空间振型曲线找出位移最大点，在该处增加剪力墙布置，通过调整，使周期比、位移比、层间位移交满足规范要求3．配筋控制①所有构件均严格按计算结果，不估配，不盲目放大。②小构件仔细算，如空调板不要不计算按10@200配筋，整栋楼量不小。梁的拉通筋不必全部支座筋都拉通。女儿墙、雨篷等均应计算。（四）构造措施1.采用高强钢筋。多用Ⅲ级钢，少用或不用Ⅱ级、Ⅰ级钢（不含最小含钢量配筋的部位）。新抗规已不推荐Ⅰ级钢。（1）纵向钢筋：受弯构件采用高强钢筋计算配筋和构造配筋用钢量明显降低如梁钢筋由HRB335改为HRB400配筋率减少20%；板钢筋由HPB325改为HRB400配筋率减少71.4%。由裂缝、挠度控制配筋时应视情况而定。偏心受压构件提高砼强度等级对减小配筋率效果十分明显，随着轴压比增加，提高砼强度等级效果更好；用HRB400代替HRB335经计算配筋率降低约16%。（2）箍筋：砼强度等级从C20到C40范围内提高一个等级，配筋率可将8.2%，提高混凝土强度对减小计算配筋率有效果，但最小配筋率反而会增加，用HRB400代替HRB335配筋率降低42.8%,代第7页替HPB235降低71.4%，最小配筋率也可相应降低。以钢筋抗力为主时（梁板构件）提高钢筋级别效果较好，以混凝土的抗力为主时（柱、墙构件）提高混凝土等级效果好。2.墙体配筋（1）有翼缘的边缘构件为计算配筋且配筋量较大时，建议用“剪力墙组合配筋”重新计算该边缘构件，边缘构件总体配筋会减小，计算初值选默认的构造配筋值。（2）小开口整体墙（墙肢间连梁较高，整体系数大于10），因开洞形成的一字形墙不作为单片墙或短肢剪力墙配筋时，洞口两侧仅配构造边缘构件，对L、T、十字形墙，只要有一个方向不是短肢墙，该墙肢整体不定义为短肢墙。（整体系数表示连梁与墙肢相对刚度的比值。）（3）墙厚大于300的单片短肢墙可不定义短肢剪力墙，可按一般剪力墙或框架柱的相关构造要求执行。（4）结构单元长度在60m以内不设抗震缝，按规范超长要求采取其它措施。（按砼规范9.1.3条要求处理）（5）女儿墙尽量不做高，高了费钢筋、混凝土，对抗震不利。（6）混凝土标号尽可能低，高了配筋也多（不包括柱）。3.梁配筋（1）配筋差别大的楼层分开归并。剪力墙结构楼层连梁及框架梁由于地震作用的原因，其内力及配筋随高度变化较大，在施工图设计时，适当选择归并楼层数，不应标准层一层到顶的画法，宜视楼层第8页总层数多少，按3~6层归并一层，不应把配筋差别大的楼层归并到一起。（2）与剪力墙方向垂直布置的单边楼面梁支座设铰，按协调扭转零刚度法配支座筋。（具体做法见已发设计提示）（3）在剪力墙平面内一端与框架刚接另一端与剪力墙连接，该连梁剪压比超限较普遍或配筋量很大为改善这种情况，可不做连梁对待，与墙连接处宜按铰接或半刚接设计，此梁按框架梁设计，必要时两端可按铰设计。