地下建筑结构设计优化及案例分析_李文平编著.pdf

地下建筑结构设计优化及案例分折李文平编著徵理、图書的中国走筑工业出版社前言设计优化有三个层次，其一是建筑结构总体方案的优化，可称之为宇观层次的设计优化，有关总平面与竖向设计优化，地下空间布局与范围的设计优化，建筑物总高、埋深与层高的设计优化，平面体型立面规则性的设计优化，竖向结构构件类型与布置方式的优化大都属于这一层次：其二是岩土及结构设计方案的优化，可称之为宏观层次的优化，有关地基处理方案的优选、地基基础方案的优选、桩基方案的优选、抗浮设计方案的优选、结构体系与结构布置方案的优选大都属于这一宏观层次；其三是构件层次的优化，可称之为微观层次的优化，是单纯从一个个结构构件下手而进行的优化，所谓的精细化设计也主要是从结构构件入手。宇观层次的优化可以称之为全过程、全专业的设计优化，是咨询优化公司在地产公司获取土地之后就需参与的设计优化：宏观层次的优化是岩土与结构两个专业（也可称为大结构专业)参与的半过程设计优化，是咨询优化公司在方案设计后期、初步设计前期就需参与的设计优化；微观层次的结构优化则是典型的单专业结果优化，结构优化公司基本不参与建筑结构与岩土工程设计的过程。就优化所产生的价值而言，是依宇观宏观微观的顺序递减的，而且递减的程度往往是数量级的递减。根据我们针对数十个咨询优化项目的实践经验，宇观层次的优化价值大都在千万元级，宏观层次的优化可达百万元级，而微观层次的优化基本就是在十万元级。就优化的阻力与代价而言，则是依微观宏观宇观的顺序而递减的，即咨询优化工作越是前置，则优化的阻力越小、代价越低目前设计优化市场上基于施工图设计成果的结构优化，基本不具备宇观层次优化的可能，而宏观层次的优化对结构设计的修改也基本上是颠覆性的，故优化的可能性也仅存在理论层面，因此基于施工图设计成果的结构优化基本局限于微观层面，也即对结构构件的优化。设计院同行对结构优化的抵触或抗性，除自身主观认知因素外，也和结构优化代价相对较大而价值相对较低有关因此我们积极倡导全过程、全专业的设计优化（我们更喜欢用设计咨询一词），可收到一本万利、事半功倍的效果。目前中国铁建地产集团已经将全过程全专业的设计咨询作为房地产开发项目的标准流程，在数十个房地产开发项目中，累计为集团公司在降本与增效两个方面创造了近10亿元的账面价值。无论哪个层次的设计优化，地下部分相较地上部分而言都具有更大的优化空间，也往往具有更大的优化价值。而且由于地下部分的设计受到场地条件、岩土地质、水文地质及相邻建筑物等诸多因素的影响与制约，且这些因素又千变万化难以事先全面掌握，是最具个性化、最难标准化的设计。因此，相较地上部分而言，地下部分的设计本身就富于变化，也就给优化设计提供了更多的可能性和优化空间。地下部分的优化是设计优化的重头戏，是甲方、设计单位及咨询公司都应该重点关注的地方。本书宇观层次的优化主要体现在三个方面，即地下空间综合利用方面的设计优化，主要是对地下空间的布局与范围的优化；根据岩土地质与水文地质情况调整竖向设计的优化，主要体现在减小地下结构层高与埋深方面，特殊情况下也有增加埋深的优化；地下车库柱网的设计优化。在地下空间综合利用方面的设计优化，主要是根据岩土地质、水文地质及相邻地下建筑物在水平与竖向的关系而对建筑方案进行修改的优化，涉及地下空间的轮廓范围、地下空间各部分的层数埋深等。这是涉及多专业的综合性设计优化。在决策层面，本书建议一定要遵循具体情况具体分析，避免经验主义错误的主导原则。在执行层面，本书则建议进行全面客观的多方案技术经济比较，避免丢项漏项所导致的比选结论偏差。有关经验主义错误的生动案例可参见微信公众号“铁建地产营造社”发布的“三体的启示经验主义之伤”一文。该文章出自本人之手，欢迎读者造访并批评指正。在降低地下室层高与埋深的措施方面，本书除系统介绍了降低结构梁高及设备管线高度等常用手段外，还系统介绍了减小车库顶板覆土厚度、优化并减小车库楼地面面层做法与厚度以及优化或取消车库顶板找坡与蓄水（排水）层等非常规措施的可行性与经济意义；在减小车库底板面层厚度方面，又系统分析了覆土垫层、滤水层、地面找坡及排水沟的必要性及利弊，并给出车库面层做法的建议优化方法。在地下车库柱网优化方面，本书从建筑专业角度对地下车库的三种柱网形式进行了系统的介绍，并根据小型车的国标车位尺寸针对三种柱网形式给出极限状态下的最经济柱网尺寸，同时给出各种柱网形式的基本单元模块及具体工程实例，并结合建筑功能、车位效率、品质观感及材料用量等给出综合建议。本书宏观层次的优化主要体现在岩土与地基基础方案的优化及地下主体结构的设计优化。前者又分为地基基础方案优化、地基处理方案优化、桩基方案优化、基础底板结构选型优化及结构抗浮设计优化等内容。后者则主要是地下结构几大组成部分的设计优化，包括基础底板、地下车库楼屋盖及地下结构外墙等，但基本聚焦在荷载取值与分布、地基承载力的深宽修整、结构体系与布置、结构计算模型的合理化与精细化等宏观方面，个别构件如地下室外墙等也深入到配筋方式方面。本书在岩土与地基基础选型以及桩基方案选型方面给出更多实际工程案例，涉及岩层埋深较浅的土层、深厚细颗粒土层（淤泥或淤泥质土）、具有一定厚度的卵石层、湿陷性黄土地层、桩端可入岩的地层等几种有代表性的岩土与工程地质情况，以图文并茂的方式提供了岩土地质与桩基设计信息，可供读者在相似地质情况下进行地基基础选型与桩基方案选型时参考。基础底板结构选型章节主要介绍了基础底板结构选型原则、常用的基础底板形式以及常用主体结构形式所适用的基础底板形式，以及构成基础底板的各组成部分在竖向的位置关系（底平、顶平或上下凸出等）。结构抗浮设计优化章节对建筑物整体或局部抗漂浮稳定与基础底板抗浮结构计算这两类抗浮问题重新进行了梳理和阐释，体现了更好的系统性与逻辑性，强调了主裙楼连体结构在水浮力工况下的变形协调问题，系统详细地介绍了抗漂浮稳定的技术措施，重点介绍4