桩基设计优化总结(2)

2018-11-17 21:53

总体思路是压缩地下室层高,但是很少谈为什么要压缩层高,其实最主要的原因跟高层一样,越高造价越高,挖土钻孔也是如此。

一、根据建筑平面方案布置情况,结合给排水、电气、通风、空调等各专业的设计要求,将所有设备房间布置在地下室建筑平面的左上角。

【结构优化如果只在结构自身上做文章,其活动的余地可能很有限,因为方案在大层面上决定造价, 这就好比16米柱网在大概率上成本是高于8米柱网的,所以结构优化要从大的方面去决定战略,在细节方面决定战术,结构造价肯定无敌。这篇文章所做的事情就是说服各专业以节材的思路去做设计,将设备机房放在一个角落,减少设备管线长度及占用层高的范围,既是为结构优化创造条件,也为各专业提供解决思路,这往往不是结构工程师爱做的事情,平面怎么布局,就怎么做结构,优化是很难的。这样说起来很简单,但是需要结构工程师对其它专业的设计有所了解,否者你是调动不了其它专业的思路。】 二、 机械车库楼层的下移引起底板恒荷载的增加,对底板抗浮验算有利。 【从数据上分析,机械车库的恒荷载并不会带来绝对性有利影响,但是这个思路确实提醒结构工程师要把各种荷载因素考虑在设计中,数值虽小,但是对于大面积计算影响可能会超出我们的预想,这点称赞!但是也有隐患,即机械车库有使用寿命问题,设备更换时会减少恒荷载分布,这点需要注意。】 三、车库部分柱网为 6.2X9.0米,楼层层高为 3.1米,层高组成如下: 层高3.1 米,建筑面层 0.1 米,建筑净高 2.1 米,设备管线 0.4米,结构高度 0.5米。

【记住这组数据,对于结构工程师做优化方案就会有明确的参考目标,稍有疑问的是建筑净高,我的印象里应该是 2.2 米,显然这个设计将局部空间充分利用,而设备专业一般不太喜欢 0.4米的紧张尺度,结构高度也不太爽,6.2米可以解决,9.0米则需要一些解决办法,否者很头疼。】

四、为选择合理的楼面结构形式,设计前对三种不同的楼面形式通过有限元分析进行配筋比较。

【我从工作起始,画过很多种楼盖,这三种方案我做过两种,第三种没有用

过,很多时候我们会觉得我们我们走了很远,实际只是自我设限。这三种方案从大的概念讲都是托板结构,一是平板+柱帽,二是平板+托板,三是加厚柱上板带。从这三种方案可以看,无梁楼盖可以有很多变化形式,主要是改变支座刚度变化,从而影响跨中弯矩,有限元分析可以细致模拟受力情况,在概念设计指导下可以得到细致结果。文章最后选择的不是钢筋用量最少的方案,而是钢筋管理更便于施工的方案,所以结构优化并不是纯粹地省钢筋。但是我还是有一点疑问,原文似乎是以弹性分析结果进行配筋,在满荷载情况下,裂缝是否会对托板刚度有影响,这个担心也可能多余,毕竟板厚200mm,与规范推荐1/45 相符,值得后面模拟学习一下。】 五、第三个方案落选的原因没有交代。

【我的理解是荷载问题,采用较厚柱上板带,意味着大面积增加恒载载值,相比薄板部分,增加约 33%的恒荷载,薄板部分只占柱网间 1/4,配筋量自然多,这与最后方案厚板只占柱网间1/4没法相比。】 楼盖结构方案选择

都是大跨度楼盖方案,跨度均超过12米,

其实仔细琢磨,楼盖钢筋用量是比较多,不过很多时候设计人的关注点是不会放在楼盖上,认为楼盖的变化余地不大,但是楼盖与统计面积基本一致,单方节材量就是全部面积的平均节约量。

一、12.6X12.6 米屋面楼盖三种方案对比,一是厚板方案,板厚350mm,每平米用钢量39.84 公斤,楼盖自重1493kN。二是梁板方案,板厚 150mm,每隔2.1米布置800X600宽扁梁, 每平米用钢量47.57公斤, 楼盖自重1162kN。三是空腔箱梁方案,即楼板分上下层板,板总厚度 140mm,每隔1.05米设置250X600梁,每平米用钢量57.60公斤,楼盖自重968kN。最后选用第三种方案,总体造价低。

【这个对比稍有些混乱, 如果板的厚度越薄, 用钢量还少的方案没有被选用,结构优化就有些奇怪,第二种方案基本是打酱油的,每隔2.1米做个800 宽的梁是为了壮腰吗?剩下一三方案,第一种方案高度是350mm,第三种方案的高

度是600mm,对于使用者来说肯定喜欢第一种方案,因为建筑使用空间要多250mm,另外以现在的钢筋和混凝土土建造价分析,纯粹计算楼盖造价,第一种方案造价最省,第三种造价最多,也许当年的情况不是这样。但不管怎么说,如果这么对比,我的看法还不如做空心楼板,还是350mm 厚,板重也可以减少15~20%。另外梁间板净距已经不超过 1.3米时, 板厚为何还要做到150mm,我认为做到80mm 已经很厚了。】

二、预应力平板体系。张拉预应力后形成向上作用的方向荷载平衡板自重,楼板处于轴心受压状态,还可以提高板的抗裂性,取消混凝土后浇带。 【预应力结构在教课书本中一直描写为可以节省钢筋用量的, 不过很多情况下,预应力设计一般由专业人事来设计,这就造成普通钢筋设计和预应力设计是分开的,多数会出现重叠设计的情况,好像并不节省,本篇的介绍解释了预应力的作用,这看起来很平常,但是常规设计很容易以常规设计的思路,而忽略预应力的优点,导致不愿意采用预应力的优越性。】

三、新的结构体系主要特点是将无梁楼盖的四点支撑平板转化为四边弹性支撑板,从而达到降低平板弯矩峰值,提高结构抗震性能,节约材料和加快施工进度的目的。

【结构优化并不是单纯只节省钢筋、混凝土。预应力钢筋的造价远比普通钢筋高,那为什么要用?这段话很好地诠释什么是结构优化,包括节约材料、方便施工、节约工期,创造更适震结构,而这种变化不一定是翻天覆地的结构方案变化,而是在原来成熟的结构体系上进行改进,特别是降低平板弯矩峰值,在采用高造价的预应力筋时,可以大幅降低普通钢筋用量。】

四、新结构体系楼盖折算厚度 26.8cm,每平米钢筋用量 35.8 公斤。井字梁楼盖折算厚度29.8cm,每平米钢筋用量 52.2公斤。

【这个对比很简单,如果是这样,预应力岂不是遍天下?数据可能不包含预应力数据,而仅是普通钢筋对比,既然有预应力,普通钢筋不少用那就没多大意义,否者就是在普通结构上额外增加预应力。】

五、无梁楼盖中,柱上板带分配到的弯矩占总弯矩的 70%左右,在柱上设梁后,抗弯力臂和抗弯能力明显加大,在柱网较大的情况下,这种结构形式有明

显节材的效果。

【普通楼层荷载情况下,梁板结构的直接经济性应该是优于大板结构的,但是无梁楼盖的用户体验经济性和甲方销售价值型却是梁板结构无法比拟的,这是一次性投入和长期收益的选择,这就看全程设计服务的水平,因此有时候过于强调结构材料一次性投入节省,可能是以牺牲长期利益为代价,例如砌体结构的造价低于框架结构,但实用性和灵活性低。这段话实际上是设计者在保留无梁楼盖的优势,如何争取梁板结构的优势,最后取板厚220mm,柱间布置600X700梁,认为板内弯矩分布逐渐向四边固支板的弯矩分布,这实际是选择一个合适的弯矩分配,去发挥预应力的能力。其中梁内配置的预应力承担 20~30%的总弯矩,保持梁的刚度和使用性能。】

六、在预应力平板中,传统的配筋方式是双向分散配置预应力筋。新的结构体系采用带状布束,在12m的开间仅布置4条配筋带。

【板的中部一般是弯矩最大的部位,将预应力筋布置在中部,结构效率远高于分散布置,其中双向分散布置每一方向布置21 根预应力筋,带状布束每一方向布置16根预应力筋,弯矩峰值约为前者 75%,则普通钢筋配筋量就可以降低25%。】

七、在板厚 22cm,跨度 12m,跨高比达 54.5 时,使用荷载下板的挠跨比为 1/2264。


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