關(guān)于對(duì)建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)問題的思考

李明

（江蘇中建工程設(shè)計(jì)研究院有限公司）

關(guān)于對(duì)建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)問題的思考

李明

（江蘇中建工程設(shè)計(jì)研究院有限公司）

一個(gè)建筑項(xiàng)目的施工與后期運(yùn)行能否順利開展的前提，在于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是否經(jīng)濟(jì)合理，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是基礎(chǔ)。由于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和建筑設(shè)計(jì)之間存在制約與被制約的關(guān)系，而使得建筑與結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)過程中出現(xiàn)各種問題，為了解決并保證質(zhì)量，需要采取應(yīng)對(duì)措施。與此同時(shí)，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)已不適應(yīng)時(shí)代發(fā)展的需要，因此對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)也是大勢(shì)所趨。本文作者結(jié)合多年來的工作經(jīng)驗(yàn)，對(duì)建筑優(yōu)化設(shè)計(jì)問題進(jìn)行了研究，具有重要的參考意義。

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；常見問題；優(yōu)化；實(shí)際應(yīng)用

1 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中常見的問題

1.1 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖紙過于簡單化

一份完善合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖紙，需要把建筑設(shè)計(jì)中的每一個(gè)細(xì)節(jié)問題充分表現(xiàn)出來。如建筑墻體材料、荷載選取、結(jié)構(gòu)抗震等級(jí)與設(shè)防裂度、構(gòu)造要求、細(xì)部節(jié)點(diǎn)等。但在當(dāng)前的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，很多做的還不夠規(guī)范。如設(shè)計(jì)圖紙中對(duì)于標(biāo)高、層高、梁柱編號(hào)等關(guān)鍵信息沒明確標(biāo)識(shí)出來，獲取的圖集不標(biāo)準(zhǔn)化，詳圖表示不明確等。最終使得整個(gè)施工現(xiàn)場作業(yè)混亂，影響施工進(jìn)程與項(xiàng)目質(zhì)量。

1.2 過分注重低含鋼率

從事建筑材料的相關(guān)企業(yè)越來越多，部分建筑商為了謀取自身利益，往往通過降低成本的方式來提高收益。他們會(huì)在對(duì)建筑材料進(jìn)行選取的過程中，盲目的追求建筑材料的低含鋼量，而在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中大做文章。而這直接導(dǎo)致施工安全性顯著降低，最終影響雙方利益。

1.3 基礎(chǔ)選型不夠合理

建筑基礎(chǔ)選型直接關(guān)系到建筑的安全性、合理性。當(dāng)前存在基礎(chǔ)設(shè)計(jì)階段無場地地勘報(bào)告，僅憑經(jīng)驗(yàn)盲目選型的現(xiàn)象，致使地基承載力存在一定的缺失，導(dǎo)致無法滿足建筑項(xiàng)目的變形要求，同時(shí)也會(huì)導(dǎo)致建筑項(xiàng)目的基礎(chǔ)對(duì)于不均勻沉降能力的協(xié)調(diào)不夠有效。嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致建筑項(xiàng)目的安全系數(shù)較低，質(zhì)量水平較低，甚至?xí)?dǎo)致建筑項(xiàng)目的使用壽命受到極為不良的影響。

1.4 地下室外墻設(shè)計(jì)不夠全面合理

對(duì)于帶地下室的建筑項(xiàng)目，地下室外墻的設(shè)計(jì)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中占據(jù)關(guān)鍵的地位。同時(shí)，地下室外墻設(shè)計(jì)也是最容易出現(xiàn)問題的部分，地下外墻的設(shè)計(jì)直接關(guān)系到地下建筑項(xiàng)目的承載能力。如果施工過程當(dāng)中對(duì)于地下水位高低的判斷、地下室外墻外側(cè)的土壓力的大小、及地下室頂板的覆土和荷載等因素的考慮不夠充分或者有誤，這將不但會(huì)降低該建筑項(xiàng)目的地下部分的安全系數(shù)，也會(huì)使得該建筑項(xiàng)目的設(shè)計(jì)質(zhì)量大打折扣。

2 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)注意要點(diǎn)

2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)前期準(zhǔn)備

對(duì)于任何一個(gè)項(xiàng)目，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員在拿到建筑圖紙后都不能盲目建模計(jì)算。首先要進(jìn)行全面分析，與建筑設(shè)計(jì)人員進(jìn)行溝通，充分了解建筑的功能、平面布局、層高、建筑選材，面層做法等。其次建模前要確定抗震等級(jí)、場地類別等及梁板的荷載統(tǒng)計(jì)，與建筑或設(shè)備專業(yè)有無沖突，梁板柱截面的選取是否符合建筑的平立剖面。只有建模計(jì)算前將各種關(guān)系考慮處理好，建模才能順利準(zhǔn)確進(jìn)行。另外，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)建模的時(shí)候，要了解每個(gè)參數(shù)的意義，不得盲目修改參數(shù)，修改時(shí)要時(shí)刻把規(guī)范條文作為依據(jù)。在計(jì)算中，要充分考慮在滿足技術(shù)條件下的經(jīng)濟(jì)性。對(duì)計(jì)算結(jié)果要反復(fù)比較，多次調(diào)整，以達(dá)到最優(yōu)化結(jié)果。

2.2 對(duì)電算結(jié)構(gòu)的調(diào)整與修改

每一個(gè)計(jì)算軟件都不是萬能的，都有其局限性。這就要求結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員在電算結(jié)束后要進(jìn)行大量的調(diào)整和修改。具體表現(xiàn)在以下多方面：主次梁井字梁受力關(guān)系是否明確，次梁適當(dāng)放??；盡量減少鋼筋的種類和級(jí)差；梁下凈高是否滿足使用要求，設(shè)備走管是否穿梁；柱根、柱頂及變截面處的標(biāo)高與各層結(jié)構(gòu)平面圖相符；柱主筋與計(jì)算結(jié)果相符，主筋間距符合有關(guān)規(guī)定；各種構(gòu)件的編號(hào)是否正確齊全；對(duì)較大跨度的雙向板查閱撓度計(jì)算結(jié)果是否滿足；主筋的間距能否滿足施工要求等等。

2.3 構(gòu)件詳圖與節(jié)點(diǎn)詳圖

對(duì)于任何工程來說，都有構(gòu)件詳圖與節(jié)點(diǎn)詳圖，這對(duì)于整個(gè)圖紙的質(zhì)量與造價(jià)及施工來說，都有不可估量的作用。例如：柱中的預(yù)埋件與有關(guān)的構(gòu)件大樣節(jié)點(diǎn)要吻合；主次梁節(jié)點(diǎn)附加鋼筋應(yīng)符合有關(guān)規(guī)定；梁預(yù)留管線洞口位置應(yīng)可行，洞口加筋的措施應(yīng)得當(dāng)；折梁各段的主筋直徑及箍筋間距均應(yīng)標(biāo)注齊全；雨蓬梁應(yīng)滿足彎、剪、扭的計(jì)算要求；屋面上返梁的雨蓬應(yīng)按建筑專業(yè)的要求，預(yù)留雨水洞；對(duì)于連接大樣，應(yīng)標(biāo)出各個(gè)連接構(gòu)件、部件、零件或預(yù)埋件的名稱；樓梯結(jié)構(gòu)剖面圖中，各層蹬高、蹬數(shù)、與層高或休息平臺(tái)的標(biāo)高差尺寸閉合等等。除此之外，結(jié)構(gòu)圖中各個(gè)節(jié)點(diǎn)詳圖要與建筑相一致，且符合結(jié)構(gòu)自身受力特征。

2.4 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

基礎(chǔ)的工程造價(jià)在整個(gè)工程造價(jià)中所占的比例較高，尤其在地質(zhì)條件比較復(fù)雜的情況下更是如此。所以選用合理的基礎(chǔ)形式或地基處理方式，對(duì)降低工程造價(jià)起著至關(guān)重要的作用。首先需要根據(jù)結(jié)構(gòu)類型及現(xiàn)場地勘確定基礎(chǔ)選型，另外注意如基礎(chǔ)配筋在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中是不能低于最小配筋率要求；不能對(duì)條基交叉處的基底面積進(jìn)行重復(fù)利用，并且要考慮到調(diào)整基礎(chǔ)的實(shí)際寬度；如果出現(xiàn)了局部墻體存在較大的荷載的情況，還需要對(duì)基礎(chǔ)的寬度加以調(diào)整；如無法明確定位構(gòu)造柱要及時(shí)調(diào)整，明確定位的。

3 建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

優(yōu)化設(shè)計(jì)方法主要應(yīng)用于建筑工程結(jié)構(gòu)總設(shè)計(jì)，主要有建筑基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)的優(yōu)化、建筑物頂部系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)的優(yōu)化、外圍護(hù)欄結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)的優(yōu)化及建筑結(jié)構(gòu)細(xì)部設(shè)計(jì)的優(yōu)化。這些優(yōu)化設(shè)計(jì)中要充分考慮建筑整體結(jié)構(gòu)選型、結(jié)構(gòu)布置、受力及造價(jià)等因素，它們是影響優(yōu)化的主要因素。因此在建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中要根據(jù)建筑的實(shí)際情況，選擇與其相適應(yīng)的優(yōu)化方法。

3.1 鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

如鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)體系，在進(jìn)行鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化時(shí)，多會(huì)應(yīng)用到準(zhǔn)則法，準(zhǔn)則法的基本思想為：在獲得建筑結(jié)構(gòu)初始截面的基礎(chǔ)上，應(yīng)用有限單元法，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)整體內(nèi)力進(jìn)行綜合分析，然而將建筑整體結(jié)構(gòu)分解為單一構(gòu)件，根據(jù)每一種構(gòu)件的受力情況進(jìn)行分部結(jié)構(gòu)優(yōu)化；通過遞推公式，最終獲得優(yōu)化結(jié)構(gòu)。

3.2 結(jié)構(gòu)主要構(gòu)件的合理布置

對(duì)于高層控制剪力墻墻厚、長度和數(shù)量，把位移比作為控制指標(biāo)，保證建筑物安全的前提下減少不必要的剪力墻，會(huì)從整體上節(jié)約造價(jià)。梁作為樓蓋的主要構(gòu)件，其布置直接影響板的受力和配筋，合理布置梁也是控制造價(jià)的關(guān)鍵。在大跨度框架梁配筋方面，應(yīng)避免上部粗大鋼筋全梁貫通，盡量采用較小直徑鋼筋配置，可有效節(jié)省框架梁的鋼筋用量。樓板厚度直接影響著結(jié)構(gòu)荷載，對(duì)于較小樓板的標(biāo)準(zhǔn)層，配筋均按最小配筋率控制，樓板厚度增加配筋也會(huì)增大，所以實(shí)際工程設(shè)計(jì)時(shí)樓板厚度也是降低成本的控制要素。另外，采取合理的混凝土標(biāo)號(hào)、鋼筋材料，也會(huì)有效降低工程總造價(jià)。

3.3 建筑結(jié)構(gòu)計(jì)算周期設(shè)計(jì)優(yōu)化

在很多情況下，都會(huì)出現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)的實(shí)際周期要小于建筑設(shè)計(jì)周期的情況，從而引起設(shè)計(jì)承受的剪應(yīng)力較小的現(xiàn)象。為保證建筑質(zhì)量，需要對(duì)建筑結(jié)構(gòu)計(jì)算周期進(jìn)行一定的折減.在針對(duì)混凝土框架結(jié)構(gòu)，如填充墻砌體屬于輕質(zhì)型，則折減系數(shù)控制在0.7～0.8范圍內(nèi)；如填充墻砌體為重質(zhì)型，則其折減系數(shù)控制在0.6～0.7范圍內(nèi)。

4 結(jié)語

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)建筑設(shè)計(jì)具有經(jīng)濟(jì)意義及實(shí)踐價(jià)值。本文闡述了建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)常有的問題，并提出了相關(guān)改進(jìn)的措施?；谶@點(diǎn)再運(yùn)用科學(xué)合理的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)手段，在確保建筑結(jié)構(gòu)安全的基礎(chǔ)上進(jìn)行局部調(diào)整，使整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)更加可靠與穩(wěn)定，最終實(shí)現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)實(shí)用性與藝術(shù)性的完美結(jié)合。

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1007-6344（2015）08-0092-01