庞宪委1 张燎祺2
1浙江城市空间建筑规划设计院有限公司 310014；2中国美术学院风景建筑设计研究院 310012
摘要：高层住宅抗震墙优点是占地面积较小，基底压力较大，单幢建筑面积可观，因此在保证建筑物安全的前提下，合理的地基处理及抗震墙布置方案能够节约工程造价，避免建设资金浪费，相对于纯地下车库则占地面积较大，基地压力较小，基坑开挖深度较深，土方量及钢筋混凝土用量较大。本文结合实例小区的初步设计进行结构优化设计分析，提出合理的优化方案，节约了大量的建设资金，充分说明结构优化设计的重要性。
关键词：高层住宅；抗震墙；结构优化；节约资金
1、结构优化项目概况
某住宅小区规划建设用地位于杭州市东南部，基地内大部分用地地势平坦，规划用地范围周边环境优美，交通便利，地理位置十分优越。规划总用地面积约6万多m2，总建筑面积为3万m2，其中地上1.7万m2， 地下2.3万m2，机动车位(地下车位)600多辆。
本次结构优化设计范围为 ①、②、③ 号高层住宅楼，其中 ①、② 号楼地上18层，地下一层，③ 号楼地上26层，地下一层，住宅楼均为钢筋混凝土抗震墙结构，抗震等级为二级。
2、自然因素分析
基本风压：0.40 kN/m2，(高层)
基本雪压：0.20 kN/m2
抗震设防类别：丙类建筑
地震参数地震设防烈度：8度建筑场地类别：II 类抗震分组：第一组
地下水：地下稳定水位埋深 5.8~7.4m，属潜水类型，对钢筋及混凝土均不具腐蚀性。
黄土湿陷性：拟建场地属非自重湿陷性黄土场地，仅填土①层和黄土状土②层局部具弱湿陷性。
地裂缝：由于地裂缝距拟建场地较远，可以不考虑地裂缝对拟建建筑的影响。
3、结构优化设计要点分析
本工程已由其他设计院完成初步设计，应业主的邀请，对 ①、②、③ 三幢楼进行结构优化，优化内容为地基基础及上部结构，通过优化设计，使该项目的结构设计适应本地的具体情况，并在保证结构安全、满足相关设计规范的前提下达到节约建设资金的目的。结构优化成果提交给业主，供业主委托的设计公司在施工图设计时参考使用。
3.1上部结构优化设计分析
（1）初步设计中上部结构存在问题：
按照《〈高规〉》规定，抗震墙结构层间最大位移角的限值为 1/1000， 结构各楼层最小 剪重比为3.2%。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆这意味着层间最大位移角越接近 1/1000，结构各楼层最小剪重比越接近 3.2%，则上部结构在满足规范的基础上越节省钢筋混凝土用量，初步设计文件中 ①、② 号楼上部结构计算结果显示上部结构刚度偏大，钢筋混凝土用量偏大，应适当减小结构刚度，使层间最大位移角在1/1200 左右比较合适。
（2）上部结
构优化方法：抗震墙的优化：①、② 号楼初步设计中剪力墙布置存在墙数量偏多、长度过长、墙厚偏厚（地下室为300mm, 一、二层 250mm，三层以上外墙250mm, 内墙200mm）、连梁截面高度较高（750mm）的问题，使得上部结构刚度较大，结构优化后地下室剪力墙为250mm（防护密闭门处为300mm）, 地上结构剪力墙数量及长度适当减少，墙厚除楼电梯间因建筑功能原因局部为250mm外，其余均为200mm,部分连梁截面高度(750mm)恢复为正常高度（400mm）；③ 号楼初步设计剪力墙厚为地下室300mm,一~十层250mm，十层以上200mm，优化后地下室剪力墙为250mm（防护密闭门处为 300mm），地上剪力墙厚除楼电梯间因建筑功能原因局部为250mm 外，其余均为 200mm。最多底部加强区1~3层墙厚取250mm。楼板厚度优化：初步设计文件中六级人民防空地下室顶板厚度取180mm，不满足《人民防空地下室设计规范》规定，人防地下室顶板最小厚度为200mm；二~十六层3.9m 跨板板厚130mm偏厚， 连续板板厚取 l/40，即110mm 即可 ；按 《高规 》规定，屋面板厚度取130mm 即可，无需150mm 厚。
上部结构优化后的效果：①、②、③ 号楼墙厚的减少及减薄，板厚的适当减薄，不但使住户获得了较大的使用面积和较高的房间净高，节约了上部结构造价，而且减轻了结构自重，进而节约了地基基础的造价。
3.2地基基础优化分析
（1）①、②号楼初步设计中地基处理存在的问题：
①、②号楼地上18层，地下一层,±0.000 相当于绝对标高403.08m，基底标高-6.85m，原设计地基处理采用CFG 桩复合地基，满堂布桩方案，并在基础外也布置了2~3 排，桩桩径400mm，桩距1350mm，桩长12m,复合地基承载力特征值要求360kpa。 错误要求桩端进入筏板50mm，桩顶未设碎石褥垫层。③ 号楼原设计为泥浆护壁泵吸反循环钻孔灌注桩，桩径700mm，桩长30m，单桩承载力特征值为2200kN。 单桩造价偏高而承载力则较低，造成地基方案性价比不高。
（3）①、② 号楼地基处理优化
根据<<建筑地基处理技术规范>>CFG 桩只需布置在基础范围内，基础范围之外无需布置， 因此基础外布桩可以取消。CFG 桩长建议由12m 改为15m,桩端穿过承载能力较低的3-2层黄土,落至承载能力较高的3-3层中砂层，桩距则取1.6m×1.6m 正方形布置，因基地压力较小，复合地基承载力特征值取300kpa 即可，无需 360kpa。另外，由于高层主楼之间设有较大的地下车库,复合地基作深度修正时,应考虑《建筑地基基础设计规范》文说明内容。①、②号楼CFG 桩复合地基褥垫层：CFG 桩顶应设150~300mm厚碎石褥垫层，CFG 桩桩顶无需进入承台 50mm（见<<建筑地基处理技术规范>>）。
（3）③ 号楼地基基础优化方案比较：
CFG 复合地基优化方案：
高层建筑采用CFG 桩复合地基已有成功经验，住宅层数已达28 层，实测总沉降量不超过50mm，使用效果良好。CFG 桩复合地基与基础造价与优化后的灌注桩基相比，节约造价约30%，且施工速度快，施工现场文明、干净。 经过我们计算，③ 号楼采用CFG 桩复合地基是可行的，CFG 桩桩径 400mm，桩长15m,桩端置于④层土, 桩距 1.4mx1.2m 梅花形布置，只在基础范围内布置 CFG 桩。复合地基承载力特征值取400kpa。
灌注桩基优化方案：
针对本工程地质特点和杭州地区工程经验，建议采用单价较低的泥浆护壁正循环钻孔灌注桩，并配以桩侧、桩端复式压浆以提高桩身质量，提高承载力。 按照杭州地区工程经验和已积累的试桩资料，采用桩径 600mm、桩长22m 即可达到单桩承载力特征值 2200KN的要求。 泥浆护壁泵吸反循环钻孔灌注桩单价为 1300 元/m3; 泥浆护壁正循环钻孔灌注桩单价为 850元/m3; 桩侧、桩端复式压浆1500~2000 元/每根桩，分析时按2000元/每根桩，桩的充盈系数为1.10。
桩基优化分析结果：
③号楼总建筑面积 26780.47m2，包括基础底板、人防覆土，每平方米建筑面积的重量约为20KN。采用原设计方案，③号楼地基总造价为：
74.99×2.0×26780.47=4013565 元
采用后压浆桩方案，③ 号楼地基总造价为：
35.52×2.0×26780.47=1902485 元
采用 CFG 桩复合地基方案，CFG 桩500 元/m3，总桩数803 根 ，③ 号楼地基总造价为86万元。三者相比，CFG 桩复合地基方案是原方案造价的21.4%；后压浆钻孔灌注桩方案是原方案造价的47.4%，由此可见，在保证地基基础安全的前提下，能够节约可观的建设资金。
4、结语
①、②、③ 三幢楼进行结构优化设计后，经业主与原初步设计文件比较，按单位建筑面积计算，可节约资金 40 元/m2，按总建筑面积25万 m2计算，则可节约资金约1000万元，由此可见，在保证建筑结构安全的前提下，合理的结构优化设计能够有效节约建设资金，避免不必要的浪费。
参考文献：
[1]建筑地基处理技术规范jgj79-2012
[2]《高规 》JGJ32010
[3]姚琦.高层住宅剪力墙结构的优化控制因素探讨[D].重庆大学,2006.
作者简介：
庞宪委（1981-）—男，浙江台州，硕士研究生，工程师，从事结构设计;张燎祺——（1983-）男，浙江浦江，国家一级注册结构工程师，硕士研究生，从事结构设
论文作者:庞宪委1,张燎祺2
论文发表刊物:《基层建设》2016年3期
论文发表时间:2016/5/28
标签：地基论文; 结构论文; 方案论文; 建筑论文; 地下室论文; 初步设计论文; 造价论文; 《基层建设》2016年3期论文;