上海建工房产有限公司 上海 200080

本文围绕高层保障房建筑设计优化和结构用钢量控制技术开展研究，并结合上海市某保障房工程，详细介绍了该项目的设计优化方法。该工程总建筑面积299 818.32 m2，地下建筑面积34 253.87 m2，由15 栋17 层、12 栋14 层高层住宅楼组成，标准层层高2.8 m，均设置1 层地下室。

1 建筑设计优化

高层保障房由于房型面积小、容积率高，建筑单体设计一般采用一梯多户策略，这就对得房率高、房屋功能舒适度高的建筑房型设计提出了很大的挑战。本工程对一梯四户房型和一梯六户房型进行了设计优化，见图1～图4。

一梯四户优化前的房型，主要存在以下问题：得房率为82%；该房型次卧室通风及采光弱；卫生间门对客厅。优化后：得房率提高至85%；次卧室位置调整后，通风采光良好；避免卫生间门对客厅的不雅。

一梯六户优化前的房型，主要存在以下问题：得房率为79%；户型合用的前室无通风采光，出现暗厅，影响户型品质；H户型对应布置家具的墙不到3 m，不利家具布置。通过调整后，得房率提高至83%；户型合用的前室采光通风良好；改变了H房型的厨房开口方向，增长了客厅右侧墙面长度。另外，墙体布局的调整使得结构剪力墙墙体对正，增加了结构抗侧力刚度，从而控制了土建造价。

2 结构设计优化[1-5]

2.1 建筑方案对用钢量的影响

图1 一梯四户优化前建筑房型

图2 一梯四户优化后建筑房型

图3 一梯六户优化前建筑房型

图4 一梯六户优化后建筑房型

2.1.1 建筑体量对用钢量的影响

建筑体量主要是指建筑的平面长度、平面的长宽比、建筑物的高度和高宽比。超长建筑还应考虑到混凝土的收缩应力和温度应力，会增加很多抗裂措施而增加造价；而长宽比过大即平面过于狭长的建筑物在地震作用下，结构扭转特性更为显著，为了增加抗扭转刚度，会增加抗侧力构件的布置，从而导致混凝土的增加和用钢量的增加；高宽比大的建筑为了增强结构的整体稳定并控制结构侧向位移，势必要设置刚度及强度较大的抗侧力构件来提高结构抗侧刚度，这些都会使得用钢量增加。

2.1.2 平、立面形状对用钢量的影响

有些建筑为追求外观效果，经常会采用在平面上大凸大凹、在立面上大收大挑及高位转换等手法，但这会给结构设计带来许多困难，容易造成抗震超限等问题，会大幅度提高建造成本。

2.2 结构方案对用钢量的影响

2.2.1 桩基设计优化

上海软土地基的桩型一般多选用预应力管桩、钻孔灌注桩，而传统的桩基承载力计算一般是根据地质勘察报告中的土层数据确定，但地质报告中的数据又是通过土工试验的结果转换得出，不能充分体现原状土的土体承载力，一般取值比较保守。而通过现场试桩得出的桩基承载力，可充分体现建筑工程桩基的实际承载能力。以笔者所在公司开发的上海市某保障性住房项目为例，工程抗压桩选用PHCΦ400mm AB 95预应力管桩，桩长30 m，桩端入地质⑦1层4.6 m，根据地勘报告计算的单桩承载力设计值为1 050 kN，而试桩抗压承载力极限值却达到2 400 kN，比根据地质报告得出的抗压承载力可提高近20%，按此调整桩型和布桩方式，桩基造价可大幅减少。

2.2.2 基础布置形式优化

作为建筑物的重要组成部分，地基基础的造价占总造价的10%～20%，在结构设计的时候选择好基础形式将有利于合理地控制工程造价。对某一具体建筑，要选择多种方案进行比选，只有经过技术经济比较，严格遵循相关规范，才能得出合理经济的方案。

仍以该工程某号楼为例，其高层住宅选用了2 种基础底板布置形式进行比较。方案一：桩基联合承台+厚350 mm防水静力板，见图5，用钢质量总计14.1 t；方案二：梁板式桩基，基础梁600 mm×800 mm，板厚400 mm，见图6，该方案用钢质量15.2 t。经与相关部门技术评审，上海软土地区适宜采用方案二，该方案造价虽然略高，但整体刚度大，该基础形式更符合基础受力特点，结构计算时剪力墙通过地基梁将上部荷载传至桩，基础底板则应考虑水浮力和部分上部荷载的作用。

2.2.3 抗侧力构件平面布置优化

图5 基础底板布置方案一

图6 基础底板布置方案二

抗侧力构件（剪力墙）的布置是为了抵抗水平力的作用，为防止扭转，讲究“金角银边草肚皮”，可将剪力墙尽量设置在建筑端部和角部，以增大整体的抗侧刚度和扭转惯性矩。因此，剪力墙的优化方向有两点：一是调整剪力墙布置位置，以最少的墙体布置获得最好的抗震结构性能指标；二是剪力墙墙肢应尽量避免出现短肢剪力墙。

还是以该工程 1#～2#楼（B房型）、3#～6#楼（D房型）为例，将厚200 mm剪力墙总长分别从94.25 m（B房型）和106.65 m（D房型），优化至84.45 m和96.35 m，节省了不少钢材。

2.3 结构计算优化

结构计算优化，主要体现在施工图须精细化设计，主要是控制计算输入参数、计算模型建立和计算结果指标。其中输入参数主要有：混凝土密度、荷载信息、周期折减系数等；计算结果控制指标包括将周期比、位移比、层间位移角、剪重比、刚重比、刚度比、轴压比等均设在合理的范围内，如：周期比均在0.8以下，偶然偏心作用下的位移比均不大于1.2，层间位移角均控制在1/1 050左右、剪力墙轴压比大多数小于0.4等。经以上措施，有效减小了结构体系的地震反力及扭转效应，对提升经济性大有裨益。

2.4 结构构造优化

2.4.1 楼板配筋设计优化

在结构薄弱部位，如楼层电梯间，走道楼板厚度为130 mm，常规设计在薄弱部位楼板均有加强，一般顶面筋双向贯通至Φ8 mm@150 mm，本工程优化后见图7，最终采用了板面分离式配筋，按最小配筋率配筋为Φ8 mm@190 mm。

2.4.2 剪力墙设计优化

在PKPM软件计算中，当剪力墙满足平截面假定时，可采用组合配筋计算结果。本工程L形剪力墙PKPM计算结果，长肢方向为0，短肢方向为7，则采用组合配筋方式和不采用组合配筋方式对比见图8。经与审图公司沟通，最终选用了组合配筋，剪力墙配筋大幅优化。

图7 楼板配筋优化

图8 剪力墙暗柱配筋对比

3 实施效果

本工程经采取以上措施后，上部结构用钢量指标标准层从51～53 kg/m2，降低到39 kg/m2，地下室用钢量指标标准从150～170 kg/m2降低到122 kg/m2（1#楼）和118 kg/m2（2#、3#楼）；住宅结构综合用钢量从63 kg/m2降低到45.2 kg/m2（1#楼）和44.8 kg/m2（2#、3#楼）。共节约造价70～90 元/m2（以钢筋综合造价6元/kg计），工程桩节省造价约600 万元，为类似工程积累了丰富的经验。