一、概况

××××五星级酒店位于浙江省温岭市，包括1 座54 层塔楼A、1 座26 层塔楼B和4 层商业裙房。××××酒店的抗震设防烈度为7 度，主体结构耐用年限为100年，基础形式为桩与筏板基础。工程采用“框架—核心筒—伸臂桁架”抗侧力结构体系。该结构体系由以下几部分组成：①框架结构由4 根角柱、14 根翼缘柱以及3 道空间环状桁架组成，角柱与翼缘柱均采用型钢混凝土柱；②核心筒为钢筋混凝土结构；③沿塔楼竖向共布置3 道伸臂桁架，分别位于三道加强层处。伸臂桁架与外围框架相连接，增加了框架在总体抗倾覆力矩中所占的比例。

塔楼A 平面接近矩形，平面尺寸约为40m×40m，地上54 层，主要用途为产权式酒店和酒店。结构主屋面高247.25m，芯筒屋面高度为261.6m，建筑总高度为294m，混凝土结构塔冠高度约50m，塔楼采用带加强层的“框架—核心筒”结构体系。塔楼B 平面呈马鞍形，长向尺寸66m，短向最窄处16m，最宽20m，主要用途为产权式酒店，结构主屋面高度为99.55m，建筑总高度约115m，混凝土结构塔冠高度约15m。裙房共4层，与两栋主楼设缝脱开，主要功能为酒店大堂、餐饮和宴会厅，屋面高度为20.2m，主要为混凝土框架结构体系。塔楼A 地下3 层，结构面标高-13.300m；塔楼B 地下2层，结构面标高-9.700m；裙房及纯地下车库部分地下2 层，结构面标高-8.900m，地下室整体相连。各单体均以地下室顶板为上部结构嵌固部位。

本项目优化从施工图阶段开始介入，优化周期共计20 天；在结构计算时，从计算参数、平面荷载、结构构件截面尺寸方面给予优化。

图03-001　××××酒店整体效果图

二、优化设计依据

● 《建筑结构可靠度设计统一标准》　　　　GB50068-2001

● 《建筑结构荷载规范》　　　　　　　　　GB50009-2012

● 《建筑抗震设防分类标准》　　　　　　　GB50223-2008

● 《建筑抗震设计规范》　　　　　　　　　GB50011-2010

● 《建筑地基基础设计规范》　　　　　　　GB50007-2011

● 《混凝土结构设计规范》　　　　　　　　GB50010-2010

● 《混凝土结构耐久性设计规范》　　　　　GB/T50476-2008

● 《建筑桩基础技术规范》　　　　　　　　JGJ94-2008

● 《建筑基桩检测技术规范》　　　　　　　JGJ106-2014

● 《高层建筑混凝土结构技术规程》　　　　JGJ3-2010

● 《高层建筑箱形与筏形基础技术规范》　　JGJ6-2011

● 《地下工程防水技术规范》　　　　　　　GB50108-2008

三、优化设计

（一）优化设计步骤

结构优化通常有以下几个步骤：选择设计决策变量；制定目标要求；根据目标函数、约束条件建模；选择优化算法；程序设计；最优方案选择（具体步骤本书略）。

（二）主要优化设计内容

1.桩基部分优化

（1）塔楼A 底板优化

根据最终的桩基施工图，关于塔楼A 基础的部分优化成果如下。

塔楼A 桩顶标高从-17.2m 变为-16.7m，底板底标高设计高度从-17.2m优化为-16.7m，底板顶标高不变，底板厚度已减薄了500mm（见图03-002 和图03-003）。塔楼A 底板原设计厚度4.0m，面积为2 631m2（见图03-004 和图03-005），混凝土量10 524m3，优化后底板混凝土量9 208m3，经优化减少混凝土用量1 316m3；塔楼A 底板原钢筋量742t，优化后底板钢筋量434t，经优化减少钢筋用量308t。

图03-002　原设计图

图03-003　现设计图

图03-004　原设计图

图03-005　现设计图

（2）塔楼A 桩基础优化

塔楼A 中基础桩ZJ1000（φ1000mm 灌注桩）原设计为314 根，经优化修改为269根，减少了45 根（见图03-006 和图03-007）；经计算，为确保受力，增加同深度ZJ600（φ600 钻孔灌注桩）33 根。桩塔楼A 减少的桩基混凝土为3 372m3，增加的33 根桩基混凝土为558m3。

图03-006　原设计图

图03-007　现设计图

（3）塔楼B 桩基础优化

塔楼B 中基础桩ZJ-600A（φ600mm 灌注桩，A 型配筋）和ZJ-600B（φ600mm 灌注桩，B 型配筋）两种桩型按原设计桩长55m，经优化施工图设计已修改为52m，缩短了3m，ZJ-600A 和ZJ-600B 共507 根，桩身混凝土减少了583m3。

图03-008　原设计图

图03-009　现设计图

表03-001　地基部分优化工程量及费用表

2.塔楼A 地上部分优化

塔楼A 核心筒墙厚优化成果执行确认。

图03-010　结构剪力墙平面布置图

（1）L01～L19 墙厚

原设计L01～L19 翼墙W1 均为1200mm 厚，W2 均为1200mm 厚，W3 均为600mm厚。优化后L6～L19 的W1 为1000mm 厚，W2 为1000mm 厚。

图03-011　原剖面

图03-012　优化后剖面

图03-013　优化成果图

根据设计施工图（图号S-30-08 至 S-30-11），可以确认：

L6～L19 的W1 已按优化意见从1200mm 厚减少为1000mm 厚；L6～L19 的W2 已按优化意见从1200mm 厚减少为1000mm 厚（计算结果本书略）。

（2）L20～L35 墙厚

原设计L20～L30 翼墙W1 均为1000mm 厚，W2 均为1000mm 厚，W3 均为600mm厚。优化后L6～L19 的W1 为800mm 厚，W2 为800mm 厚，W3 为500mm 厚。(www.daowen.com)

图03-014　优化成果图

根据设计施工图（图号S-30-12 至 S-30-18），可以确认：

L20～L35 的W1 已按优化意见从1000mm 厚减少为800mm 厚；L20～L35 的W2已按优化意见从1000mm 厚减少为800mm 厚；L20～L35 的W3 已按优化意见从600mm厚减少为500mm 厚。（施工图中Q8 为800mm 厚，Q5 为500mm 厚）

（3）L35～顶层墙厚

原设计L20～L30 翼墙W1 均为1000mm 厚，W2 均为1000mm 厚，W3 均为600mm厚。优化后L6～L19 的W1 为800mm 厚，W2 为800mm 厚，W3 为500mm 厚。

图03-015　优化成果图

根据设计施工图（图号S-30-12 至S-30-18），可以确认：

L35～L44 的W1 已按优化意见从800mm 厚减少为600mm 厚；L45～芯筒屋面的W1 已按优化意见从800mm 厚减为500mm 厚；

L35～L44 的W2 已按优化意见从800mm 厚减少为600mm 厚；L45～芯筒屋面的W2 已按优化意见从800mm 厚减为500mm 厚；

L35～L44 的W3 已按优化意见从600mm 厚减少为400mm 厚；L45～芯筒屋面的W3 已按优化意见从600mm 厚减为300mm 厚（设计施工图中Q8 为800mm 厚，Q5 为500mm 厚）。

经过对各层剪力墙厚度优化，共减少混凝土3 600m³，钢筋842.4t，型钢338.7t。

（4）塔楼A 减少1 个加强层

图03-016　立面楼层示意图

××××酒店是一座房屋高宽比（H/B）较大的超高层框架-核心筒结构，通过每隔一定层数设置刚性加强层的方法，使外围框架柱与核心筒共同参与抵抗侧向力，减少房屋侧移。根据原设计图纸，为满足层间位移角要求，塔楼A 采用4 个加强层方案，分别设置于15、25、35、45 层。经优化计算，该方案加强层数量偏多，可更改为仅在15、25、35 层设置加强层，此时塔楼A 层间位移角可满足要求。

表03-002　塔楼A 加强层方案比较

经优化加强层数量从4 个减少至3 个后，伸臂桁架和环状桁架的数量也同步减少。根据原设计图纸，高区伸臂桁架斜腹杆采用800mm×500mm×80mm×30mm 箱形截面，弦杆采用800mm×800mm 钢骨混凝土截面（内插双排钢板500mm×80mm）；高区环状框架斜腹杆采用800mm×400mm×50mm×30mm 箱形截面，弦杆采用800mm×800mm 钢骨混凝土截面（内插双排钢板500mm×50mm），酒店客房LOFT 区域的附加恒载原取为4.5kN/m2，根据LOFT 区域实际做法修改为3.5kN/m2；LOFT 区域活载原取为4kN/m2，修改为3kN/m2。

加强层减少一层后，伸臂桁架和环状桁架的用钢量可减少400t，同时减少24 814颗栓钉。

优化后塔楼荷载可减小约4000t，桩基数相应从314 根减少到了269 根（见前文中的桩基优化）。

表03-003　塔楼A 地上部分优化工程量及费用表

3.塔楼B 地上部分优化

（1）塔楼B 墙体优化

根据规范，墙体水平分布筋应伸入连梁作为连梁腰筋，连梁内仅需附加一部分钢筋即可。跨高比不大于2.5 的连梁，其两侧腰筋总面积配筋率不应小于0.3%，可采用墙体水平分布筋伸入连梁，并附加水平钢筋的形式，墙体分布筋按构造配筋。优化成果如下：

标高20.000 以下Q65 墙厚修改为500mm，标高20.000 以上修改为400mm；

标高51.720 以上Q50 墙厚修改为400mm；

标高20.000 以上30 墙厚修改为250mm。

剪力墙取消暗梁。

本项经优化计算，减少混凝土550m³，钢筋85.5t。

（2）塔楼B 梁板优化

宽度不小于350mm 的梁拉通筋改为2φ12。支座筋配置尽量与通长筋相同，上部拉通筋采用小直径钢筋。跨度大于4m 的次梁上筋采用架立筋2φ12。腰筋配筋局部有富余，抗扭钢筋在计算结果满足条件的前提下按构造配筋。

根据建筑图，房间功能为住宅，故将跨度较小处（板跨小于3m）板厚改为100mm，原拉通筋φ8@150 改为φ8@200，减少钢筋19.3t。

（3）塔楼B 栓钉优化

除底层、顶层及混凝土柱交界处的型钢混凝土柱，取消其余栓钉，共减少栓钉8240 颗。

表03-004　塔楼B 地上部分优化工程量及费用表

4.地下室结构优化

（1）地下室墙体优化

地下室外墙按压弯构件设计。经优化，一层地下室处外墙厚由400mm 改为300mm；外墙计算时取单向板设计，水平分布筋按0.15%控制；地下三层地下室处外墙厚由600mm 改为500mm；取消外墙暗梁，保留顶板处暗梁。

消防电梯处剪力墙配筋按抗弯构件考虑，需满足0.2%配筋率，竖向钢筋不变，水平钢筋改为φ8@200，底板内非受力筋改为φ14@200。

（2）地下室梁构件优化

①配筋优化

上部拉通筋采用小直径钢筋；腹板高度600-150-20-8-10=412＜450，可取消腰筋；除框支梁外，若梁底钢筋多于一排，第二排钢筋建议按16G101-1 图集不伸入支座；无抗扭要求，取消抗扭筋；跨度大于4m 的次梁上筋改为架立筋2φ12 或4φ12；次梁箍筋计算结果为0.2 时，箍筋改为φ6@200；地下室顶板次梁非框架梁无须加密。

②布置方案优化

地下一、二层原使用日字梁，板厚150mm，经初步建模及预算分析，发现此种布置方案非最优，最优方案为采用目字梁板厚取120mm。

表03-005　地下室梁构件布置方案比较

经优化计算，地下室墙体、构件共减少混凝土261.57m3，钢筋28.93t。

（3）地下室顶板优化

地下室顶板板面拉通筋改为φ12@180 双层双向，不足之处附加，板底筋未注明处改为φ12@180。地下室顶板高低楼板做法：分布筋改为φ8@200，上部压筋改为2φ14，竖向受力筋改为φ0@150，分布筋改为φ10@200，钢筋用量优化16%。汽车坡道回填面层钢筋网由φ10@180 改为φ8@200，共减少钢筋55.3t。

表03-006　地下室优化工程量及费用表

四、优化效果对比

（一）优化前后基本指标

表03-007　优化前后基本指标对比

（二）优化前后经济指标

本次优化按已实施的桩基施工图进行了重新核对，桩基未执行优化部分依据本项目实际价格计算为252.6万。根据优化意见修改后，项目成本节约额高达1 773万元，各成本项数据详见表03-008。

表03-008　优化工程量及费用汇总表

上述成本计算系根据业主提供的实际桩基计费价格，各种钻孔灌注桩综合单价按1000 元/立方计算，其中包括成孔、钢筋笼治安、管理费、税金、利润等费用。工程用钢筋、混凝土等建筑材料价格信息详见表03-009。（2016年11月份台州市各区建材市场报价）

表03-009　2016年11月台州市各区建材市场价格信息表