淺談結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計

[摘要]隨著建筑行業(yè)的發(fā)展，結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計越來越重要。市場需求使得結(jié)構(gòu)優(yōu)化公司蓬勃發(fā)展。本文是以筆者從事多年的結(jié)構(gòu)設(shè)計及施工圖審查工作對結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的一點思考，以期借鑒。

[關(guān)鍵詞]結(jié)構(gòu)設(shè)計；優(yōu)化；方案調(diào)整

文章編號：2095-4085（2016）02-0052-02

以優(yōu)化工作的主體來分，優(yōu)化分自優(yōu)和他優(yōu)。自優(yōu)是設(shè)計者自身通過對設(shè)計過程的思考，對設(shè)計過程中的不足作出修改。自優(yōu)另是設(shè)計單位總工或結(jié)構(gòu)負(fù)責(zé)人把關(guān)，對方案及施工圖中的不足提出修改的過程。他優(yōu)就是第三方優(yōu)化。第三方優(yōu)化公司的出現(xiàn)，既反映了市場需求，也反映出許多設(shè)計單位自優(yōu)能力的不足。結(jié)構(gòu)優(yōu)化的層次主要分對結(jié)構(gòu)方案的優(yōu)化和對施工圖的優(yōu)化。以下筆者對結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計做出具體論述。

1.對結(jié)構(gòu)方案的優(yōu)化

1.1結(jié)構(gòu)方案整體不合理。需要整體調(diào)整

（1）結(jié)構(gòu)整體方案的調(diào)整。比如在八度區(qū)，有一五層大型批發(fā)市場，單體面積在二十萬平米左右，建筑抗震類別為乙類。柱網(wǎng)8米，層高5米。結(jié)構(gòu)原設(shè)計采用框架結(jié)構(gòu)，設(shè)計完后甲方發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)框架柱大多為700×700。結(jié)構(gòu)含鋼量達(dá)到每平米50多公斤。施工圖圖審時，圖審專家還發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)不規(guī)整，樓面不連續(xù)等多項不規(guī)則。圖審公司根據(jù)本工程特點，提出8度乙類多層建筑采用純框架很不經(jīng)濟(jì)，且不符合規(guī)范指標(biāo)。建議采用設(shè)置少量剪力墻的框架剪力墻結(jié)構(gòu)。本工程為大型市場，不是購物中心，對使用空間要求不高，設(shè)置少量剪力墻并不影響使用功能。經(jīng)過測算，設(shè)置了少量剪力墻的結(jié)構(gòu)大大減小了結(jié)構(gòu)用鋼量，每平米比純框架至少節(jié)約十公斤鋼材，且大大提高了結(jié)構(gòu)抗震性能。此工程的優(yōu)化，雖是結(jié)構(gòu)體系的優(yōu)化，且是第三方優(yōu)化，但優(yōu)化效果明顯，優(yōu)化過程也不復(fù)雜。僅在結(jié)構(gòu)適當(dāng)?shù)胤皆O(shè)置少量剪力墻，不影響建筑使用功能。施工圖各專業(yè)修改工程量較小，但優(yōu)化效果顯著。類似此類工程，多層框架，看似簡單，設(shè)計單位經(jīng)驗不足，甲方又不專業(yè)，極易造成巨大浪費(fèi)。如此時有經(jīng)驗的優(yōu)化公司介入，提出合理的分方案，會給工程帶來很大經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。應(yīng)該說，方案能合理優(yōu)化，又不給甲方原設(shè)計單位造成很大困難，是優(yōu)化公司的核心競爭力。

（2）基礎(chǔ)方案的優(yōu)化調(diào)整。一個工程的安全與否，很大程度上取決于基礎(chǔ)設(shè)計的安全性。基礎(chǔ)設(shè)計的可靠性除基礎(chǔ)方案的選擇外，主要取決于工程場地的地基條件。我國幅員遼闊，建筑場地情況因地區(qū)不同而差異較大，不同地區(qū)設(shè)計人員對場地地基的理解不同，造成設(shè)計基礎(chǔ)方案存在很大差異。

基礎(chǔ)設(shè)計就算是相同地塊也是千差萬別。一方面和基礎(chǔ)設(shè)計理論的復(fù)雜有有關(guān)，一方面又與設(shè)計人員對場地的認(rèn)識有關(guān)。就算是平板式筏基，不同的設(shè)計單位采用的厚度及配筋差異很大。以三十層住宅樓為例：大致相同的地塊，板厚從0.9米到一米八都有，而且相同的板厚筏板配筋量相差近兩倍。由此可見基礎(chǔ)優(yōu)化的空間較大。

基礎(chǔ)設(shè)計確實是很復(fù)雜的課題，仁者見仁，智者見智。在實際工程中，確實也出現(xiàn)誰也說服不了誰的現(xiàn)象。筆者認(rèn)為，拋開繁雜的理論，基礎(chǔ)設(shè)計的的核心就是總體沉降和沉降差。所以說，當(dāng)?shù)氐墓こ探?jīng)驗對基礎(chǔ)設(shè)計尤為重要，這也許比死扣理論要有效的多。在本文所提到的場地，因巖石埋置深度大約在8，9米左右，基礎(chǔ)宜采用平板式筏基，巖石情況較好的地方可采用條基加防水板。考慮基礎(chǔ)底板變形極小，筏板厚度及配筋可考慮基地應(yīng)力小的實際情況適當(dāng)減小。這在當(dāng)?shù)囟际怯写罅康膶嶋H經(jīng)驗的。如果設(shè)計人員或第三方優(yōu)化公司根據(jù)當(dāng)?shù)氐某墒旖?jīng)驗合理的優(yōu)化基礎(chǔ)方案，在保證結(jié)構(gòu)整體安全性不降低的前提下是非常必要的。

（3）結(jié)構(gòu)方案不合理，需要局部調(diào)整。有的工程甲方拿到圖審公司圖審或給第三方優(yōu)化公司優(yōu)化，經(jīng)常會發(fā)現(xiàn)工程結(jié)構(gòu)有不合理的地方。隨著當(dāng)前社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，項目一般越來越大，也越來越復(fù)雜。許多功能復(fù)雜，平面布置復(fù)雜的結(jié)構(gòu)如稍不注意就會出現(xiàn)特別不規(guī)則的情況。特別不規(guī)則的建筑，如果是多層，需作專門的研究，一般是開專家論證會。對于高層，需報超限高層抗震專項審查。

2.結(jié)構(gòu)施工圖紙的優(yōu)化

現(xiàn)在房地產(chǎn)商對建設(shè)成本的控制越來越重視。在這種背景下，第三方結(jié)構(gòu)優(yōu)化公司應(yīng)運(yùn)而生。結(jié)構(gòu)施工圖的優(yōu)化，主要是成本優(yōu)化。其中鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的含鋼量優(yōu)化是最重要的部分。現(xiàn)在在設(shè)計院工作的結(jié)構(gòu)師來說，最怕甲方優(yōu)化含鋼量。本來結(jié)構(gòu)要通過圖審就有一定的壓力了，在這基礎(chǔ)上還有符合甲方的要求。最頭疼的是還要面對甲方聘請的第三方優(yōu)化公司。雖然結(jié)構(gòu)設(shè)計受方方面面條件的限制，但結(jié)構(gòu)優(yōu)化又是不能回避的。筆者對圖紙含鋼量優(yōu)化的工作做了如下總結(jié)。

2.1地下部分的含鋼量優(yōu)化

（1）高層基礎(chǔ)筏板配筋的優(yōu)化。對于平板式筏板配筋，由于計算理論和計算模型的不同，使得計算配筋差異很大。筆者對基本相同的地塊上類似項目的比較發(fā)現(xiàn)，筏板配筋量差別巨大，和上部結(jié)構(gòu)的配筋的差異不是一個量級的。這說明筏板配筋優(yōu)化的空間是很大的。對于筏板基礎(chǔ)坐落在巖石地基上，筏板內(nèi)的實際壓力很小，配筋一般都可以很大程度的優(yōu)化。

（2）地下室擋土墻的優(yōu)化。目前的項目地下室的規(guī)模越來越大，地下室擋土墻的優(yōu)化也就變的很重要。筆者總結(jié)大量的工程，發(fā)現(xiàn)擋土墻的配筋差別很大，計算的依據(jù)也各不相同。結(jié)構(gòu)工程師對上部結(jié)構(gòu)一般概念比較清晰，上部結(jié)構(gòu)的電算結(jié)果一般差距也不大。但對于地下部分，有的設(shè)計人員習(xí)慣于包絡(luò)設(shè)計的方法，把所以不利因素都考慮進(jìn)去。有時概念不清，配筋又人為加大，造成配筋越來越大的現(xiàn)象。

（3）地下室頂板和底板配筋的優(yōu)化。除主樓基礎(chǔ)筏板外，車庫地下室底板的配筋優(yōu)化也是一個重點。以筆者所在的地區(qū)為例。車庫地下室基礎(chǔ)大多為獨(dú)立柱基加防水板。對于較完整巖石地基來說，獨(dú)立柱基一般底面積不大，基底應(yīng)力也不大。地下室底板主要是承受水浮力。因此水浮力的取值就很關(guān)鍵，有的設(shè)計人員抗浮設(shè)計水位取得很高，比勘察報告的取值要保守。有的設(shè)計人員計算時未把板的自重和底板覆土的重量減去，造成計算值偏于保守。近年來地下室設(shè)計對抗浮是越來越重視，在普遍提高了結(jié)構(gòu)抗浮可靠性的同時，也帶來抗浮設(shè)計過于保守的現(xiàn)象。抗浮設(shè)計應(yīng)該特別重視，但設(shè)計時要具體分析，避免無謂浪費(fèi)。筆者還總結(jié)了近十年的工程，地下室抗浮設(shè)計越來越多的采用了錨桿。拋開錨桿設(shè)置的必要性和經(jīng)濟(jì)性不說，有的設(shè)計人員在設(shè)計了錨桿后，地下室底板配筋未考慮錨桿的影響，配筋和未設(shè)錨桿一樣，造成設(shè)計上的浪費(fèi)。

地下室頂板由于覆土較厚或有消防通道，荷載很大，結(jié)構(gòu)梁板配筋很大。因為配筋的絕對值大，所以也是優(yōu)化重點關(guān)注的地方。地下室頂板的設(shè)計理論和設(shè)計概念一般都很清晰，設(shè)計一般不會有太大的偏差。在設(shè)計時，應(yīng)注明消防車道的位置，不能把消防車荷載加在整個地下室頂板上。另外對消防車荷載應(yīng)根據(jù)覆土厚度進(jìn)行折減。除了荷載的影響外，合理布置主次梁和選取適當(dāng)梁高都可以一定程度的優(yōu)化配筋。

2.2上部結(jié)構(gòu)的優(yōu)化

我國大量使用的鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，框架剪力墻結(jié)構(gòu)及剪力墻結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)設(shè)計手段已較為成熟，在相同的設(shè)計荷載下，通過電算算出的配筋一般偏差不大。比較影響含鋼量的地方是設(shè)計不精細(xì)化，配筋歸并系數(shù)較大，引起鋼筋浪費(fèi)。還有當(dāng)場地土類別為1類時，該降低構(gòu)造措施的抗震等級時一定要降低。目前，由于甲方的壓力，對于上部結(jié)構(gòu)進(jìn)行過分的優(yōu)化，結(jié)構(gòu)的整體含鋼量并不能明顯的降低，反而會使結(jié)構(gòu)的安全儲備降低，對此筆者是不贊成的。

3.結(jié)語

由于甲方越來越重視對結(jié)構(gòu)成本的管理，結(jié)構(gòu)優(yōu)化的價值越來越顯現(xiàn)出來。結(jié)構(gòu)設(shè)計的從業(yè)者應(yīng)從本地區(qū)的實際情況出發(fā)，認(rèn)真總結(jié)經(jīng)驗，使結(jié)構(gòu)的成本在不降低結(jié)構(gòu)安全儲備的情況下降低下來，那才是真正有意義的優(yōu)化。