【结构优化案例】条形基础设计竟存在优化空间.附案例

【前言】

条形基础在工程设计中是极为常见的一种形式，尤其是在多层建筑中，条形基础的经济性仅次于独立基础。然而，在条基设计中部分工程师忽视了其经济性控制，造成了大量的浪费。以下，博牛将以实际案例为依托，从方案选取，布置形式，软件的参数设置等方面揭示条基设计优化的秘籍。

一、设计流程

1、方案的确定

根据上部结构荷载和地质情况估算，一般情况下，可按照如下公式选取：

设定建筑层数n，每层平均重度p，持力层地基承载力特征值fa（可考虑深宽修正）。

当0.3fa

2、条形基础的布置方式：

（1）双向布置—较为浪费；

（2）单向布置—首选形式，经济性高；

（3）单向布置+拉梁（在地质条件不够好的地区，加设拉梁来增加整体性）。

【案例】江苏地区一栋6层住宅楼，建筑面积2608㎡。优化前采用双向条基布置，优化后采用单向条基。如下图所示：

3、基础梁及翼缘板的截面尺寸选择：

尽量接近构造配筋，地基反力接近承载力，可以通过调整翼缘板出挑长度和高度来控制地基反力满足承载力要求。

基础梁高度约为1/6跨度。

剖面如下图所示：

二、几个影响经济性的参数设置

说明：经过PKPM—JCCAD与YJK-F对比，计算条形基础JCCAD可供选择的参数更多，精细化程度更高，建议采用JCCAD。

1、弯矩配筋计算考虑柱子宽度而折减

建议：勾选。勾选将考虑柱子宽度抗弯配筋折减，即配筋计算采用是距柱边1/3宽度的内力，此时最多可减少30%的内力。

2、剪力配筋计算考虑柱子宽度而折减

建议：勾选。勾选将考虑柱子宽度抗剪配筋折减，即配筋计算采用是距柱边 1/3宽度的内力，此时最多可减少 30%的内力。

3、节点下底面积重复利用修正

建议：不勾选。此项勾选与否对计算结果影响巨大。

对于柱下平板基础，程序隐含为修正 (按《升板规范》应修正)；对其他类型基础，程序隐含为不修正。有些时候程序的隐含值并非如软件说明所写，所以要特别注意该项，对条形基础该项不建议勾选。

4、五种计算模式：

建议：框架结构——“模式4”“按SATWE 或TAT 上部刚度进行地基梁计算”

剪力墙结构——“模式3”“按上部结构为刚性的弹性地基梁计算”：

SATWE或TAT计算的上部结构刚度用子结构方法凝聚到基础上，该方法最接近实际情况，用于框架结构非常理想。另外由于剪力墙墙体本身已考虑了刚度扩大，因此纯剪力墙结构可不必再考虑上部刚度，如要考虑宜采用“模式3 ”。

5、梁计算时考虑柱刚度

建议：勾选。层高H按照一层柱几何高度输入。

程序会假设柱子反弯点在0.7H处，柱子对地梁约束关系的力学模型如下图：在 0.7H（柱高）的位置断开，上端加绞链杆，下端与梁固接，柱子的相应刚度加入到总刚矩阵对应位置中。

考虑柱的刚度可使柱下的地基梁转角减小一些，特别是梁端点，通常可出现正弯矩。考虑柱子刚度后会使地梁的节点转角约束能力加强，导致不均匀竖向位移和整体弯曲减小。

6、弹性地基基床反力系数

建议：根据地质条件输入，此数据对结果影响较大。若地勘提供的较为模糊，可以要求地勘单位补充提供该数据。总的来说，基床反力越大，力就越集中于柱下方，从而得到较为均为的计算结果。

7、抗弯按双筋配筋计算考虑受压区钢筋百分率

建议：勾选。为合理减少钢筋用量，在受弯配筋计算时考虑了受压区有一定量的钢筋，在程序中实配钢筋量不少于 0.15%。当此值填0时，则按单筋计算。此项初始值为0.15。

8、底板内力计算采用何种反力选择

建议：方式2——底板平均净反力。其最大配筋值较小些，配筋量较均匀些。

9、各房间底板采用弹性或朔性方法计算选择

建议：方式2——仅对矩形双向板采用塑性力量计算。第二种方法是采用极限平衡理论计算的朔性方法，它的特点是配筋量较弹性法小20-30%左右。

三、经济性对比分析

经过测算：

优化前基础工程造价24万元，优化后为17.5万元，即基础优化后节约造价27%。按照土建成本800元/㎡计算，全楼土建造价210万元。仅条基优化这一项内容，可节约全楼土建成本3.1%。

该小区规模10万方，条基优化共计节约造价252万。

来源：姜洪菲 博牛结构优化设计。

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