结构设计新常态

因为中国经济增速的放缓,房地产市场降温明显,导致下游的设计院业务受到重挫,合同额和净利润均有大幅下跌。在这样的大环境下,甲方在各个环节都力求经济节约。落实到设计方面,越来越多的甲方邀请第三方咨询机构对设计院的图纸进行咨询审查,希望优化图纸,节约资金。

在这样的新常态下,结构设计需要从一开始就把各项指标控制恰当,在能满足规范要求的前提下,又不至于富余太多,避免后面需要优化产生大量的改图工作。从最近参与的一个项目(混凝土剪力墙结构)的第三方审查来看,可以从以下几点改进图纸,达到节约钢筋用量的目的。

1. 分开绘制楼层平面图。对于平面布置一致的楼层,以前一般只绘制一张标准层图纸。但是这样绘制需要根据多个楼层的包络值进行配筋,难免造成浪费。改进方法是绘制多个标准层,一个标准层只绘一层或两层结构构件。这样的配筋结果更精确。自然,工作量也会相应增加。

2.按塑性方法或有限元法计算楼板配筋。盈建科(YJK)楼板施工图提供了三种计算方法,手册算法(弹性算法)、塑性算法和有限元算法。前两种算法是以房间为单元进行的,每个房间分别计算,房间周边的支座状况按照既定规则设定,根据房间平面形状,矩形房间按照单向板、双向板的规则计算,多边形按照有限元法计算,计算出板的跨中和支座弯矩。

现浇板弹性理论就是假设楼板变形是弹性,而塑性理论则假设楼板变形为塑性,通常是指带裂缝工作。由于楼板带裂缝工作,此时楼板刚度已经发生变化,出现了内力的重新分布。弹性理论偏安全,但不经济;塑性理论比较接近实际受力情况,所以按塑性理论计算的楼板承载力要高于弹性,但多数设计人员不愿承担楼板出现裂缝的责任而采用弹性理论。对于直接承受动荷载的构件,以及要求不出现裂缝或处于侵蚀环境等情况下的结构,不应采用考虑塑性内力重分布的分析方法。

-《YJK楼板配筋计算的改进》

对于不等跨房间的楼板计算,有限元法考虑了各房间楼板的连续性,在支座处是其两边房间计算协调的同一的弯矩值,而手册算法对房间分别计算,支座处得到其两边房间分别计算出的两个不同的弯矩值,最终软件按照较大的弯矩值配筋,显然造成浪费。大量算例表明,等跨间距楼板情况下,手册算法的弯矩、配筋结果和有限元法相同,不等跨房间楼板时有限元法的配筋结果比手册算法小。

3. 按轴压比控制约束边缘构件。《高规》规定,一、二、三级剪力墙底层墙肢的轴压比大于规定值时,应在底部加强部位及相邻的上一层设置约束边缘构件。以前的做法是,底部加强层及相邻上一层的所有构件均设置为约束边缘构件。现在为了经济节约,只对轴压比较大的墙肢设置约束边缘构件,其他墙肢只设置构造边缘构件。

4. 框架梁及次梁设立架立筋。之前的做法是根据箍筋肢数,让支座处上部的2根或4根钢筋通长。而通长的这2根或4根钢筋直径都比较大,一般直径20或者更大。现在的做法是不管支座处如何配筋,架立筋统一为2根14或4根14,架立筋在支座处与支座负筋搭接。当然,这样在节省用钢量的同时也会增加施工的工作量。

5. 减小短肢墙数量。通过调整结构平面布置和洞口位置,尽量减少短肢墙数量。因为短肢墙的配筋率较高,是用钢量的大户。

当然,过分地的卡钢筋用量除了会导致设计院设计时配筋结果复杂,也会使施工方的施工难度增加,导致工期延长,用工成本提高。所以,图纸优化也需要甲方平衡各方面得失适量进行。

-2015年12月22日

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