房屋結構設計中結構設計優化技術的應用

朱榮武

（悉地國際設計顧問（深圳）有限公司重慶分公司，重慶 400010）

在房屋工程結構設計中，當建筑方案產生以后，房屋單體從結構選型和布置就存在優化設計的空間，后續設計過程中的不斷優化設計才能產生出優秀的結構設計產品。下面本人就房屋結構設計優化的一些技術方法及應用，與廣大設計者分享及探討。

1 結構方案的概念設計優化

房屋建筑、結構設計方案的優劣決定了結構設計的成敗。不同的結構方案會使工程造價和工程質量產生很大的差別，故選擇合理優化的結構方案就顯得非常重要。在結構方案的甄別上，應遵循以下原則：

（1）應以抗震概念設計為主，在特定的建筑平面、空間中來完成結構方案的構思，應充分配合整體結構和構件的最佳受力狀態，使結構具備足夠的抗震承載力、側向剛度和延性；

（2）應盡可能使結構的受力與傳力途徑簡單、直接、明確。傳力途徑復雜會出現多次、多級轉換的結構構件，會導致工程造價的提高，且容易出現安全問題。

（3）應優先采用平面和豎向布置規則的結構方案。盡量使結構平面布置的抗側力剛度中心與建筑物的質量重心盡量接近，以減小結構的扭轉效應，盡量避免豎向層高突變及轉換等造成的剛度懸殊，造成結構布置的不規則進而引起設計產品經濟性、安全性欠佳。

（4）應主動的參與建筑設計的方案階段，加強與建筑師的溝通。一個設計精品是建筑師和結構工程師創造性合作的成果，結構工程師有責任對建筑方案提出意見，與建筑師一起構思最佳的結構體系，選擇效果最好、造價最低的結構方案。

2 正確進行結構的優化計算

進行正確的結構計算。計算機結構設計程序的不斷完善和全面應用，使結構工程師從復雜的結構計算中解脫出來。工程師可以在概念、經驗和估算的基礎上借助計算機進行可靠的反復分析計算，使結構設計更加合理和經濟。在利用計算機進行結構計算時，要注意以下問題:

（1）不能盲目的依賴計算機。因計算軟件的缺陷和設計人員的盲從而導致設計錯誤的現象時有發生，所以對用于結構設計的計算程序的基本理論假定、應用范圍和限制條件以及與規范的結合一定要搞清楚;

（2）對于輸入的幾何圖形、構件尺寸、荷載數據等應認真核對、力求準確無誤。避免因數據輸入錯誤造成計算分析結果的錯誤或較大的誤差。

（3）對計算參數的選取要正確合理。選取不同的計算參數會得出完全不同的計算結果，要根據實際結構的具體情況和計算程序的功能要求合理選取。

（4）注意實際結構與計算模型的差異。計算理論和設計程序都是建立在一些假定和理想的計算模型之上的，而實際結構的受力狀態又是千差萬別的，所以任何構件的計算都應根據實際情況確定結構的約束關系，并利用結構概念、工程經驗對計算結果進行分析，判斷其是否合理。

3 結構材料、構件的優化選用

提高材料的利用率結構設計的目的便是花盡可能少的錢，做最安全、適用的建筑，這就要求結構設計時對材料的選用要合理，利用要充分。要根據結構構件的不同受力特點、工作環境和材料的力學性能特點，選用合適的建筑材料。實際工程中，因材料選擇不當造成浪費的情況很多。比如，經常出現的鋼筋混凝土現澆板中混凝土標號過高的現象，不僅高標號的混凝土不能充分發揮其強度作用，而且為抵抗高強混凝土較大的收縮變形和滿足最小配筋率要求，板中鋼筋的配筋量也隨之增加，從而導致工程造價的提高。

4 正確理解、應用規范設計

正確理解運用規范。規范是我們在設計中必須遵循的“最低”標準，是國家的技術經濟政策、科技水平和工程實踐經驗的總結。全面理解規范條文的概念、定義、前提條件和適用范圍，是正確運用《規范》的前提和基礎。作為一個結構工程師，一方面必須熟悉、理解和吃透規范條文的真實含義，另一方面必須客觀理性地正確對待規范。對《規范》中的“強制性條文”要不折不扣的執行，而對《規范》中的“非強制性條文”工程師可以運用自己的理論知識、結構概念和實踐經驗，在《規范》條文思想的指導下，針對具體的設計對象、環境和使用條件，以工程的安全性和經濟性為目標，創造性地選用規范中的數據。

5 培育精品觀念、質量意識

培育設計者優化設計是打造設計精品的過程的觀念。要求結構工程師不僅要具備扎實的專業基礎、豐富的工作經驗，更要有精益求精、追求完美的精品意識。設計單位要提高市場競爭能力，必須實施精品戰略、走精品之路。改變以往在管理上重業務經營輕技術質量，設計只要保證不出大的質量問題，方案的好壞、造價的高低無關緊要，使優化設計失去內在動力，對設計質量和經濟指標進行全過程的控制，實現設計產品技術質量與經濟的統一。要落實各級技術崗位責任制，通過各環節層層把關，把提高設計質量、創設計精品的理念貫穿于整個設計過程之中。

6 結語

通過結構優化設計是投資方用來降低工程造價、控制工程投資的有效措施，然而對于設計者而言，需正確處理安全與經濟的對立統一性，既不能降低技術和規范質量標準，又要反對輕經濟，設計保守的現象。結構設計者要將優化設計理念貫穿于結構設計的全過程，創作出既能保證房屋結構達到規范安全度，還能有效地反映建筑師的創作意圖和令業主滿意的產品，從而真正實現優化設計的效果。

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[3] 高立人，方鄂華，錢稼茹. 高層建筑結構概念設計[M] .北京：中國計劃出版社，2005圖1 房屋結構設計管理結構示意.