優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一些探究

金橋

摘要：建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是個(gè)系統(tǒng)的，全面的工作。作為設(shè)計(jì)人員，要掌握結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程，設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的安全，還要善于總結(jié)工作中的經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；過程；注意事項(xiàng)

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)而言之就是用結(jié)構(gòu)語(yǔ)言來(lái)表達(dá)建筑師及其它專業(yè)工程師所要表達(dá)的東西。用基礎(chǔ)，墻，柱，梁，板，樓梯，大樣細(xì)部等結(jié)構(gòu)元素來(lái)構(gòu)成建筑物的結(jié)構(gòu)體系，包括豎向和水平的承重及抗力體系。把各種情況產(chǎn)生的荷載以最簡(jiǎn)潔的方式傳遞至基礎(chǔ)。

1結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要程序

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的階段大體可以分為三個(gè)階段，結(jié)構(gòu)方案階段，結(jié)構(gòu)計(jì)算階段和施工圖設(shè)計(jì)階段。方案階段的內(nèi)容為：根據(jù)建筑的重要性，建筑所在地的抗震設(shè)防烈度，工程地質(zhì)勘查報(bào)告，建筑場(chǎng)地的類別及建筑的高度和層數(shù)來(lái)確定建筑的結(jié)構(gòu)形式（例如，磚混結(jié)構(gòu)，框架結(jié)構(gòu)，框剪結(jié)構(gòu)，剪力墻結(jié)構(gòu)，筒體結(jié)構(gòu)，混合結(jié)構(gòu)等等以及由這些結(jié)構(gòu)來(lái)組合而成的結(jié)構(gòu)形式）。確定了結(jié)構(gòu)的形式之后就要根據(jù)不同結(jié)構(gòu)形式的特點(diǎn)和要求來(lái)布置結(jié)構(gòu)的承重體系和受力構(gòu)件。

結(jié)構(gòu)計(jì)算階段的內(nèi)容為：首先，荷載的計(jì)算。荷載包括外部荷載（例如，風(fēng)荷載，雪荷載，施工荷載，地下水的荷載，地震荷載，人防荷載等等）和內(nèi)部荷載（例如，結(jié)構(gòu)的自重荷載，使用荷載，裝修荷載等等）上述荷載的計(jì)算要根據(jù)荷載規(guī)范的要求和規(guī)定采用不同的組合值系數(shù)和準(zhǔn)永久值系數(shù)等來(lái)進(jìn)行不同工況下的組合計(jì)算。其次，構(gòu)件的試算。根據(jù)計(jì)算出的荷載值，構(gòu)造措施要求，使用要求及各種計(jì)算手冊(cè)上推薦的試算方法來(lái)初步確定構(gòu)件的截面。再次，內(nèi)力的計(jì)算，根據(jù)確定的構(gòu)件截面和荷載值來(lái)進(jìn)行內(nèi)力的計(jì)算，包括彎矩，剪力，扭矩，軸心壓力及拉力等等。

2結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重難點(diǎn)

2.1關(guān)于箱、筏基礎(chǔ)底板挑板的陽(yáng)角問題

⑴陽(yáng)角面積在整個(gè)基礎(chǔ)底面積中所占比例極小，可砍成直角或斜角。

⑵如果底板鋼筋雙向雙排，且在懸挑部分不變，陽(yáng)角不必加輻射筋。

2.2關(guān)于箱、筏基礎(chǔ)底板的挑板問題 從結(jié)構(gòu)角度來(lái)講，如果能出挑板，能調(diào)勻邊跨底板鋼筋，特別是當(dāng)?shù)装邃摻钔ㄩL(zhǎng)布置時(shí)，不會(huì)因邊跨鋼筋而加大整個(gè)底板的通長(zhǎng)筋，較節(jié)約；出挑板后，能降低基底附加應(yīng)力，當(dāng)基礎(chǔ)形式處在天然地基和其他人工地基的坎上時(shí)，加挑板就可能采用天然地基；能降低整體沉降，當(dāng)荷載偏心時(shí)，在特定部位設(shè)挑板，還可調(diào)整沉降差和整體傾斜；窗井部位可以認(rèn)為是挑板上砌墻，不宜再出長(zhǎng)挑板。雖然在計(jì)算時(shí)此處板并不應(yīng)按挑板計(jì)算。

2.3 關(guān)于梁、板的計(jì)算跨度 一般的手冊(cè)或教科書上所講的計(jì)算跨度，如凈跨的1.1倍等，這些規(guī)定和概念僅適用于常規(guī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在應(yīng)用日廣的寬扁梁中是不合適的。梁板結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)單點(diǎn)講，可認(rèn)為是在梁的中心線上有一剛性支座，取消梁的概念，將梁板統(tǒng)一認(rèn)為是一變截面板。在扁梁結(jié)構(gòu)中，梁高比板厚大不了多少時(shí)，應(yīng)將計(jì)算長(zhǎng)度取至梁中心，選梁中心處的彎距和梁厚，及梁邊彎距和板厚配筋，取二者大值配筋。（借用臺(tái)階式獨(dú)立基礎(chǔ)變截面處的概念）柱子也可認(rèn)為是超大截面梁，所以梁配筋時(shí)應(yīng)取柱邊彎距。削峰是正常的，不削峰才有問題。

2.4基坑開挖時(shí)，摩擦角范圍內(nèi)的坑邊的基底土受到約束，不反彈，坑中心的地基土反彈，回彈以彈性為主，回彈部分被人工清除。當(dāng)基礎(chǔ)較小，坑底受到很大約束，回彈可以忽略，在計(jì)算沉降時(shí)，應(yīng)按基底附加應(yīng)力計(jì)算。當(dāng)基坑很大時(shí)，相對(duì)受到較小約束，如箱基，計(jì)算沉降時(shí)應(yīng)按基底壓力計(jì)算，被坑邊土約束的部分當(dāng)做安全儲(chǔ)備，這也是計(jì)算沉降大于實(shí)際沉降的原因之一。

2.5 抗震縫應(yīng)加大，經(jīng)統(tǒng)計(jì)，按規(guī)范要求設(shè)的防震縫在地震時(shí)有40%發(fā)生了碰撞。故應(yīng)增大抗震縫間距。

2.6 關(guān)于回彈再壓縮 基坑開挖時(shí)，摩擦角范圍內(nèi)的坑邊的基底土受到約束，不反彈，坑中心的地基土反彈，回彈以彈性為主，回彈部分被人工清除。當(dāng)基礎(chǔ)較小，坑底受到很大約束，如獨(dú)立基礎(chǔ)，回彈可以忽略，在計(jì)算沉降時(shí)，應(yīng)按基底附加應(yīng)力計(jì)算。當(dāng)基坑很大時(shí)，相對(duì)受到較小約束，如箱基，計(jì)算沉降時(shí)應(yīng)按基底壓力計(jì)算，被坑邊土約束的部分當(dāng)做安全儲(chǔ)備，這也是計(jì)算沉降大于實(shí)際沉降的原因之一。

2.7 主梁有次梁處加附加筋：一般應(yīng)優(yōu)先加箍筋，附加箍筋可認(rèn)為是：主梁箍筋在次梁截面范圍無(wú)法加箍筋或箍筋短缺，在次梁兩側(cè)補(bǔ)上，象板上洞口附加筋。附加筋一般要有，但不應(yīng)絕對(duì)。規(guī)范說(shuō)的清楚，位于梁下部或梁截面高度范圍內(nèi)的集中荷載，應(yīng)全部由附加橫向鋼筋承擔(dān)。也就是說(shuō)，位于梁上的集中力如梁上柱、梁上后做的梁如水箱下的墊梁不必加附加筋。位于梁下部的集中力應(yīng)加附加筋。但梁截面高度范圍內(nèi)的集中荷載可根據(jù)具體情況而定。當(dāng)主次梁截面相差不大，次梁荷載較大時(shí)，應(yīng)加附加筋。

3結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化建議

3.1加大行政監(jiān)督和加快設(shè)計(jì)監(jiān)理工作。優(yōu)化設(shè)計(jì)工作的推行，政府主管部門首先要重視，通過行政手段來(lái)保證優(yōu)化工作的實(shí)施，加大對(duì)設(shè)計(jì)市場(chǎng)的管理力度，建立和完善相應(yīng)法律法規(guī)，規(guī)范設(shè)計(jì)市場(chǎng)。其次建立設(shè)計(jì)監(jiān)理制度已成為形勢(shì)所迫，業(yè)主所需。目前還沒有客觀公正的“第三方”來(lái)監(jiān)理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的進(jìn)行，所以通過設(shè)計(jì)監(jiān)理的方式可以打破設(shè)計(jì)單位自己“控制”自己的單一局面。

3.2建立必要的設(shè)計(jì)競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制。為保證設(shè)計(jì)市場(chǎng)的公平競(jìng)爭(zhēng)，設(shè)計(jì)經(jīng)營(yíng)也應(yīng)采用招標(biāo)投標(biāo)，并頒布相應(yīng)的法規(guī)條例。各地可以成立合法的設(shè)計(jì)招標(biāo)代理機(jī)構(gòu)，符合條件的項(xiàng)目必須招標(biāo)。招標(biāo)時(shí)對(duì)投標(biāo)單位的資質(zhì)、信譽(yù)、技術(shù)等方面進(jìn)行必要的資格審查，設(shè)立健全的評(píng)標(biāo)機(jī)構(gòu)，運(yùn)用價(jià)值工程等手段對(duì)備選方案進(jìn)行優(yōu)化選擇。設(shè)計(jì)單位為提高自身競(jìng)爭(zhēng)能力，在內(nèi)部管理上應(yīng)把設(shè)計(jì)質(zhì)量同個(gè)人效益掛鉤，促使設(shè)計(jì)人員加強(qiáng)經(jīng)濟(jì)觀念，把技術(shù)與經(jīng)濟(jì)統(tǒng)一起來(lái)，改變以前設(shè)計(jì)過程不算帳，設(shè)計(jì)完了概算見分曉的現(xiàn)象。

3.3推廣設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)。工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的形成，來(lái)源于大量成熟的、行之有效的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和科技成果，是科技轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力的必要途徑。優(yōu)秀的工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，不僅優(yōu)化了設(shè)計(jì)，減少設(shè)計(jì)的盲目性，還將大大提高設(shè)計(jì)速度，有效降低項(xiàng)目的全壽命費(fèi)用。在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中可以對(duì)一些重要的部位采取設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)限額制度，對(duì)一些設(shè)計(jì)部位使用“宜”或“不宜”等引導(dǎo)性語(yǔ)言提示設(shè)計(jì)人員對(duì)方案進(jìn)行優(yōu)化，鼓勵(lì)他們?cè)谠O(shè)計(jì)中大膽使用新工藝和新材料。

綜上所述，建筑結(jié)構(gòu)方案優(yōu)化設(shè)計(jì)是一個(gè)系統(tǒng)工程，它真正體現(xiàn)了事前控制的思想，能起到事半功倍的效果，達(dá)到花小錢辦大事的目的。只要我們嚴(yán)格遵守“經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、合理”的原則，認(rèn)清優(yōu)化設(shè)計(jì)在造價(jià)控制中的重要性，確定合理目標(biāo)，積極創(chuàng)造適宜條件，主動(dòng)采用科學(xué)的控制方法，就一定能搞好設(shè)計(jì)階段的造價(jià)控制。

參考文獻(xiàn)：

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