中外建华诚城市建筑规划设计有限公司南宁530021
摘要：结合一个工程案例，文章反映了抗浮设计的一种新方法；同时还说明了概念设计在结构设计中的重要性以及对结构优化的一些思考。
关键词：抗浮水位；概念设计；结构优化
一、工程概况
北欧豪苑小区位于南宁市江南区沙井大道，占地面积21990平方米，总建筑面积14.2万平方米。三层地下室，地上九座塔楼。地上塔楼29至14层不等。正负零的绝对标为101.7米抗浮设计水位标高为100.00米。一层主楼内外结构板高差1.8米，主楼外覆土厚1.5米。持力层为中风化泥岩，均匀，厚度10米以上。根据新修订的《抗规》，本项目按七度（0.1g）设计。平面及剖面简图如下：
本项目结构设计有如下特点：
1、抗浮水位高，水头达到14米（按1.6米厚筏板算）。
2、层高多变，竖向非常不均匀
3、负一、负二层的地下室顶板于中间开了大洞，嵌固端位于负二层底板。
4、一层地下室主楼外层高3.9米，梁跨8.4至9米，板面覆土厚1.5米，局部走消防车。荷载大、梁跨大，层高低，梁高受到严格的限制。
.二、关于抗浮设计
在该项目施工图设计的早期阶段，根据地勘提供的抗浮水位要求，按14米的水头进行抗浮设计。采用180mm直径的抗浮锚杆，平均杆深20米，平均杆距1.1米。主楼抗水底板厚800mm。预算造价约600万元。该方案呈到业主之后，业主很不乐意，其理由是隔壁相邻的地块未做有抗浮措施，施工期间未见地下水，绝对标高100米的抗浮设计水位地勘提得太高等云云。要求设计与勘察协商，更改结构抗浮方案。无奈勘察设计单位只能另想办法。勘察单位现次对现场进行了多次多方位的勘察，最后提出了一种所谓“封闭隔离法”的抗浮措施。该法大意就是说现场的地质经水渗透试验（出具正式的报告）后表明，土的隔水能力是很强的，虽然洪水来时水位很高，但被土远远地隔在了建筑物之外。要求在基坑开挖完成后仔细检查周边的地质情况，对出现的裂缝进行高压灌浆封闭，使土体形成有效的隔离层。通过此法，抗浮问题可解决，设计单位最终采纳了此法。
通过此案例，我们可以得到如下几点启示：
1、抗浮水位是个非常重要的参数，直接影响到了结构安全。
2、抗浮水位数值的大小对项目投资的影响很大。
3、本案例中相邻地块的勘察报告抗浮水位提得不高以致于设计不用采取抗浮措施。说明抗浮水位这个数值不好把控，不同的地勘单位有时候会得出不同的结果，并且差异很大。
4、勘察单位对抗浮水位的提出受诸多因素的影响，有些因素已经超出了技术层面。经调查发现，由于抗浮设计的不合理导致的工程事故时有发生，因此，要求勘察设计工作者务必对抗浮问题高度警觉，认真严肃地对待。
二、结构设计当中概念设计的重要性
（一）、本项目遇到的第一个结构上的难点是地下室顶板在中部大开洞的问题。由于-大开洞，一层地下室顶板已不具备嵌固端的条件。需要考虑地下室是否分缝，若不分缝，则要按大底盘多塔结构来考虑，多塔的质心与裙楼的质心距离经计算后表明已达到了超限审查的要求。若分缝，则建筑上很不好分，再者就是首层1.5米厚的覆土容易在缝的位置引起渗水。结构方面，由于塔楼的另一面相隔两跨就是地下室外墙，若地下室外墙参与塔楼的计算的话，位移比势必不能满足要求。经多次研究后，最终采取了分缝的措施，把负二层及以上分成了各自独立的九个塔，九个塔共用负三层地下室，负三层顶板是嵌固部位，其超长不设缝。地下室外墙在负一、负二层与主楼结构分开，仅用6@200的拉结筋与框架柱弱拉结，使其不参与塔楼的整体计算。
（二）、另一个结构上的难点与层高有关，由负三层往上层高分别是4.5m、3.9m、5.7m、4.5m、1.4m、2.9m、3.1m、2.9m、2.9m、5.2m…….再往上是十多层2.9米层高的标准层，此时有两个问题需要考虑：
1、差异如此大的层高导致了结构刚度比的计算很难满足规范的要求，特别是1.4米高的那层，不可能通过结构层来实现。签于此，经研究后采取了如下措施：
（1）、1.4米高的设备层采用了构造做法，在主体结构完成后二次装修时做。
（2）、1.4米高的设设备层与其上的2.9米合并成一层4..3米高的结构层，
（3）、4.3米高的结构层上的楼层由2.9米高改成3.1米，以减少其相邻层高的差异。
（4）、加强二层及以下层的刚度（加高梁）。
2、七层是5.2米高的绿化层，剪力墙要250厚才满足稳定性的要求，因围护砖墙是200厚，250厚的剪力墙会凸出砖墙，这点起初不被建筑专业和业主按受，结构设计遇到了不小的阻力，费了很大的周折才协调下来。
（三）、第三个结构上的难点是中部楼板凹进及缺失的问题，该问题在蝴蝶形的高层平面住宅经常会碰到。如果前期不跟建筑专业沟通好，到报批通过做施工图了再提出加结构板的话就很被动了，因为会引起容积率的增加。
总之，本项目的平立面是比较复杂的，对结构概念设计提出了较高的要求，凸显了概念设计在整个结构设计过程中有着举足轻重的地位。结构概念设计不是某种具体的方法，它贯穿在结构设计的每一步骤，包括方案布置、结构计算、结构构造等，它是结构工程师的基本功。直接影响到了结构设计的成败。
三、结构的选择与优化
（一）、本项目在结构体系选择方面有以下的考虑
1、是用剪力墙结构还是框剪结构？两种结构计算都通得过，比较而言框剪结构于底层商业可以得到更灵活的使用空间，但是墙柱截面比剪力墙结构的大，凸出墙面影响了住宅户型的质量，含钢量相对剪力墙结构要高，结构刚度没剪力墙结构大，结构性能不如剪力墙结构。经比较研究后，选择了剪力墙结构的方案。
2、是否要做局部转换？如果不做转换的话有个别的柱子影响了底部商业的使用，如果做转换的话则由于整个结构平立面本来已很不规则，再加上局部转换则会引起结构超限，需要报超限审查，同时项目造价增加不少。经再三权衡后，选择了非转换的方案。
（二）、本项目的负一层层高5.7米，室内外结构板高差1.8米，室外顶板覆土厚1.5米，局部走消防车，负一层主楼外层高3.9米，柱距8.4至9米不等。负一层地下室顶板跨度大，荷载大，层高低，梁高受到严格的限制。因此做了几个楼盖方案进行对比，这几个方案分别是
1、传统的梁板结构，其中又分为十字梁划分、井字梁划分、一横两坚次梁划分；
2、实心板无梁楼盖；
3、加腋的实心板无梁楼盖；
4、预应力实心梁板结构；
5、空心无梁楼盖。
分析结果表明，方案1主梁太高，不能满足建筑对层高的要求，且造价不低；方案2可以满足建筑要求，但钢材耗量大；方案3是方案2的改进版，施工麻烦且也不常用；方案4可行但多了一道预应力工序；方案5可以满足建筑层高的要求，造价适中，但施工单位经验不足，容易出质量问题。再者就是其上是厚覆土层，水渗进了空腔则很难维修。
设计最终采用了空心无梁楼盖方案，空心楼板厚450，肋梁截面为“T”字形。
上述结构方案的比选过程表明，结构设计没有唯一解，结构设计的过程是结构工程师解决各种矛盾的过程，是一个不断探索优化的过程。好的结构应该是安全的、耐久的、与建筑和协的，同时又是节约的、环保的。结构工程师只有不断地学习提高，加强自身的专业素养与道德素养，方可设计出优秀的产品。
参考文献：
[1]朱合华.城市地下空间建设新技术.中国建筑工业出版社，2014
[2]丁洁民，赵昕.职业结构工程师业务指南.中国建筑工业出让社，2014
[3]方鄂华.高层建筑钢筋混凝土结构概念设.机械工业出版社，2004