第42卷第19期
2 0 1 6 年 7 月
SHANXI ARCHITECTURE
山 西建筑
Vd. 42 No. 19Jul. 2016
文章编号：1009-6825 (2016) 19-0036-02
某框架一剪力墙结构设计优化
任言宏1
赵建敏2
王东方2
(1.山东莱阳盛隆建筑工程有限公司，山东莱阳265200 ; 2.北京航力巍筑工程技术咨询有限公司，北京100022)
摘要:结合某框架一剪力墙结构工程实例，以结构设计安全性为前提，介绍了该结构优化设计的基本思路，从地下室、地基基础、 挡土墙、剪力墙等方面，阐述了结构优化设计的调整方案，使该结构的设计更加安全、经济、合理。关键词:剪力墙，框架柱，地基基础，结构设计中图分类号:TU398.2
当前结构设计领域比较偏重于计算机电算结果，因此，在对 设计程序假定的理解、输人数据的精确性、计算模型的简化等方 面对结构设计师提出了更高的要求。而且计算机中很多的数据 检查不太直观，这造成设计过程中会出现或多或少的失误，通常 结构设计师为保障结构安全，往往会人为放大程序的设计结果， 这不但会造成较大的浪费，还可能造成设计成果违背强柱弱梁、 强剪弱弯等传统的设计概念[1]。同时结构设计师经常偏向于使 用易于建模的结构方案、基础形式等，而忽略一些计算机处理复 杂但安全性、经济性更优的方案，对于结构设计会造成很多不利的 影响。本文以某典型框架一剪力墙项目为例，针对已有设计成果 进行仔细研究，从安全性与经济性上提出了合理的优化设计建议。
1工程概况
本工程为框架一剪力墙结构，总建筑面积4. 1万m2,地上
11层（不含机房层），地下1层。抗震设防烈度7度(0.15g)，所属 地震分组第一组，建筑场地类别为n类，抗震设防类别为重点设 防类,框架抗震等级为二级，剪力墙抗震等级为一级。采用梁板
式後形基础。地下1层建筑层高为4. 2 m,地上1层层高5. 6 m, 2 层 4.2 m,3 层4. 3 m,设备层2.2 m,4 层4.1 m,5 层以上 3.9 m。
2结构设计优化的基本思路
结构安全性和造价经济性是结构设计的两大基本要求，但二
者往往较难做到平衡统一，或偏于不安全，或偏于浪费，或浪费的 同时还伴有安全隐患。然而基于方案的结构优化设计往往能够 兼顾结构安全性与经济性的要求，结构设计优化的目的是为了消 除可能存在的安全隐患，并在满足安全性的前提下节省造价。
本项目结构设计优化从结构安全性复核、建筑做法优化、基 础方案优化、构件精细化设计、计算参数复核等方面进行。
3结构设计安全(质量）隐患复核
经复核，该结构设计存在如下安全隐患。
3.1 隔墙荷载考虑不足
内隔墙选用TB钢丝网架珍珠岩夹芯板70型，成墙后重量
135 kg/m2,计算模型中各层隔墙线荷载输人值均为4 kN/m2,荷
载考虑不足，建议按照实际隔墙高度进行线荷载复核调整。
例如首层，梁高0.65 m，线荷载9 = (5.6 -0.65) x0.135 x 9.8 =6.5 kN/m2。
3.2 悬挑梁安全隐患
原设计⑪轴/⑬轴上的L3为嵌固于KI2(弧梁）上的悬挑梁， 支承着14,相互关系见图1。由于L3梁不具备作为14支承的条
件，该作法存在安全隐患。建议L3按照两端铰接处理，并复核14 的内力及配筋。
收稿日期:2016-04-24
作者简介:任言宏（1973-),男，工程师
文献标识码:A
KL20( 1A)300x600
KL46( 1A)300x500
8
L3(x
l) /
250250
1 500
2 700
1 500
4 500
图1梁L3与KL2,L4关系
3.3裂缝控制安全隐患
13.550标高以下（含13. 550楼面）混凝土强度等级均为
C40，不利于基础及地下室外墙裂缝控制，经复核，基础及地下室
外墙混凝土强度等级采用C30即可满足要求。建议梁板、基础及 地下室外墙混凝土强度等级调整为C30。
在对结构设计优化过程中，对于原结构设计安全隐患或质量 隐患的复核是极其重要的一个方面，结构设计优化是在保证结构 安全并消除原设计结构安全隐患的前提下进行的。
4地下室顶板做法优化调整
原设计地下室顶板降板600 mm，回填CL7. 5轻集料混凝土。
按建筑图，地下1层6 ~ 18/L ~ Y范围为变配电室,给排水管线不 能穿越;地下1层1 ~11/Y~P,1 ~6/L~Y范围为库房，给排水管 线也不宜穿越。除了上述房间之外，其他房间排水管线均可以穿
越，建议不降板，附加恒载可由10 kN/m2减值2 kN/m2,地下 1层顶梁、板截面和配筋可减小，传至基础的荷载也减小。原设计 CL7.5轻集料混凝土,容重为16 kN/m3，造价较高，建议调整为容 重为16 kN/m3的灰土垫层，材料价格降低，经济性好。对建筑做法 进行细致推敲，可以降低建筑材料造价;通过对降板范围的优化，减 少了结构荷载，从而不但使结构造价降低，还能提高结构的安全性。
5地基基础方案优化调整
原设计基础采用梁板式筏板基础，地基采用天然地基，持力
层为粉质粘土，地基承载力特征值为180 kPa。基础梁主要截面 尺寸为0.9 mm x (1.3 m ~2 m),後板厚度为0. 6 mm,基底标高为
-7.200,筏板与基础梁底平。
原基础方案的土方开挖及回填量、钢筋用量、混凝土用量、模
板用量均偏大，
且施工便利性差。建议的基础方案为:柱下采用独立基础，剪力墙（包括挡土 墙）下采用条形基础，独立基础及条形基础厚度0.9 m~l m,基础 形式为锥形;其余范围采用防水板，厚度为0.25 m,防水板与独立
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任言宏等:某框架一剪力墙结构设计优化
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基础底平，基础底标高调整至-6.200。独立基础及条形基础下 采用CFG桩复合地基进行地基处理，其余范围不处理[2]。按照地质勘察报告提供的设计参数，经核算，当采用
400 mm桩径，14.5 m桩长，3. 5倍桩间距进行地基处理后，CFG 桩复合地基承载力为520 kPa,深度修正后的承载力为540 kPa,地 基土压缩模量的计算按《建筑地基处理技术规范》要求进行计算。 经过优化调整之后，地基承载力及变形均满足规范要求。
优化前后经济指标对比见表1。
表1
工程量分项
35%，箍筋节省比例为20%~30%。
3)连梁高度和配筋。连梁高度过高，跨高比小，且纵筋过大, 不符合抗震概念设计要求，适当减小连梁高度，连梁纵筋配筋由 最大抗剪能力对应的弯矩确定，可保证连梁的抗震能力[3]，且节 省材料，同时还提高了结构的抗震耗能能力，从而具有更高的抗 震安全性。
8框架柱和框架梁优化调整
优化前后经济指标对比表
优化前(梁板
核运基础）
1550.910.647.451.350
优化后（独立 基铀+防永板）
261)框架柱箍筋。按整体计算参数，框架柱箍筋强度等级为一 级钢（HPB235)，而框架柱实配箍筋采用三级钢（HRB400),计算
节省量1290.530.611.200.75-0.48
/kg • m_2
基础混凝土用量/m3 . m_2
模板用量/m2 * m _2土方开挖/m3 • m-2土方回填/m3 • m -2增加CFG桩复合地基/m3 _ m _2
基础钢筋用量
参数与施工图不符，导致框架柱箍筋偏大，不经济。将框架柱箍
筋调整为三级钢（HRB400)重新进行整体计算，对施工图中框架 柱箍筋进行调整，箍筋量可节省30%左右。在对结构进行整体计 算时，一个参数取值不当,可能会导致大量的成本增加，进行设计 优化时，结构整体计算模型中计算参数的复核非常必要。2)框架 梁宽度和箍筋。原设计框架梁宽度为350 mm，箍筋为四肢。经核 算，梁宽均可调整为300 mm，箍筋可调整为两肢箍均可满足要求， 经济性好。
0.380.036.250.600.48
基础方案调整之后，基础造价约节省90元/m2 (按全楼建筑 面积核算），经济性很好，且便于施工。可见，方案性的优化在结 构设计优化中的效益是最明显的。
9结语
6地下室挡土墙优化调整
1)取消墙下基础梁和墙顶暗梁。原设计地下室挡土墙下设
基础梁，截面尺寸为900 mm x 1 300 mm，通长上筋为7 22，通长下筋为7 #22,箍筋为並10@ 100/150(6),腰筋为4並18。挡土墙 顶设暗梁，纵筋上下各3业20,箍筋为# 10@ 150。挡土墙下基础 梁和挡土墙顶暗梁无设置必要，建议直接取消。2)挡土墙厚度和 配筋调整。原设计挡土墙墙体厚度为350 mm，挡土侧通长钢筋 ®16@ 150，非挡土侧为16@ 150，水平分布筋为# 14@ 150,原设 计墙厚及配筋均偏大。经核算，挡土墙墙厚可调整为300 mm,配 非挡土侧为12@ 150,水平分布筋为® 10@ 150。对于总长度为 150 m左右的挡土墙，一个截面图就决定了挡土墙的造价，所以精 细化设计更是非常重要。
本项目通过结构设计优化，在解决了安全隐患的同时，节省
工程造价约150元/m2,是一个从多维度进行结构设计优化的典 型案例。1)结构设计优化是以满足安全性要求为前提，在结构设 计优化中对于消除结构安全隐患更加重视。2)结构设计优化中， 方案性优化的效益是最明显的，在不降低结构安全度的基础上， 既可以节省较多的工程造价，又可以提高施工便利性或节省工 期。在本项目中，地基基础方案优化节省的工程造价占总造价比 例的60%。3)在结构设计优化中，对结构整体计算模型参数的复 核至关重要。如框架柱箍筋计算模型中是HPB235,施工图中是 既可以使结构设计更合理，又可以节省工程造价。如地下室外墙 一个截面就决定了整个地下室外墙的造价，所以对精细化设计的 要求更高。5)结构设计优化中，吃透建筑条件也非常重要。如地 下室顶板建筑做法，通过了解设计意图，减少了覆土范围，并调整 了回填材料，不但节约了结构造价，还提高了结构的安全性。6)结构设计优化是要让结构满足适度的安全度，盲目增加配筋或 截面的情况，不但会提高工程造价，还会因为违背了强柱弱梁、强 剪弱弯等抗震概念，造成结构的安全隐患，因此需要进行调整，使 设计更加安全、合理、经济。
就会带来很大的浪费。4)精细化设计 筋调整如下:挡土侧通长钢筋並12@ 200，附加钢筋为# 14@ 200， HRB400,一个参数弄错了，
7剪力墙设计优化调整
1)剪力墙厚度、配筋。原设计剪力墙厚度、配筋均偏大，对墙
厚进行适当调整,配筋进行精细化设计。在底部加强部位及以上
选取有代表性墙体，进行优化前后墙厚和配筋对比，见表2。
表2
编万123
厚度
优化前后典型墙厚和配筋对比
竖向配筋
44@150
厚度
/mm
原设计水平配筋#12@ 150#10@ 150#10@ 150
/mm
建议做法水平配筋
逆 12@200盐 10@200咎 8@200
竖向配筋
站 10@200#10@200#8@200
350300300
H
参考文献：
[1] 程懋堃.结构创新思维设计[M].北京：中国建筑工业出版
社,2015.
[2] 闫明礼,张东刚.CFG桩复合地基技术及工程实践[M].北
京：中国水利水电出版社，2006.
[3] 黄锐，莫庸.剪力墙连梁在高烈度区抗震设计中若干问
题的讨论[J].建筑结构,2009,39(4):22-25.
300250200
#10@ 150#10@ 150
注:编号\"1”标高为13.550以下，编号\"2 ’’标高为13. 550 ~ 23. 750,编号\"3 ’’标高
为23.750以上
2)边缘构件。边缘构件实配纵筋和箍筋比计算需要和构造要 求放大较多，对其纵筋进行精细化设计，纵筋节省比例为20% ~
Abstract ： Combining with the frame-shear wall structure engineering example, taking the structural design safety as the orientation, the paper in
troduces the basic concept of the structural optimization design, and describes the adjustment scheme of structural optimization design from aspects of basement, foundation base, retaining wall and shear wall, so as to make the structural design more safe, economic and rational.Key words ： shear wall, frame column, foundation base, structural design
Ren Yanhong1 Zhao Jianmin2 Wang Dongfang2
(1. Shandong Shenglong Construction Engineering Co. , Ltd, Laiyang 265200, China^2. Beijing A & C Engineering Technology Consulting Co. , Ltd, Beijing 100022, China)
Design optimization of the frame-shear wall structure
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