房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)的應(yīng)用

朱榮武

（悉地國際設(shè)計(jì)顧問（深圳）有限公司重慶分公司，重慶 400010）

在房屋工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，當(dāng)建筑方案產(chǎn)生以后，房屋單體從結(jié)構(gòu)選型和布置就存在優(yōu)化設(shè)計(jì)的空間，后續(xù)設(shè)計(jì)過程中的不斷優(yōu)化設(shè)計(jì)才能產(chǎn)生出優(yōu)秀的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)產(chǎn)品。下面本人就房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的一些技術(shù)方法及應(yīng)用，與廣大設(shè)計(jì)者分享及探討。

1 結(jié)構(gòu)方案的概念設(shè)計(jì)優(yōu)化

房屋建筑、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的優(yōu)劣決定了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的成敗。不同的結(jié)構(gòu)方案會(huì)使工程造價(jià)和工程質(zhì)量產(chǎn)生很大的差別，故選擇合理優(yōu)化的結(jié)構(gòu)方案就顯得非常重要。在結(jié)構(gòu)方案的甄別上，應(yīng)遵循以下原則：

（1）應(yīng)以抗震概念設(shè)計(jì)為主，在特定的建筑平面、空間中來完成結(jié)構(gòu)方案的構(gòu)思，應(yīng)充分配合整體結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的最佳受力狀態(tài)，使結(jié)構(gòu)具備足夠的抗震承載力、側(cè)向剛度和延性；

（2）應(yīng)盡可能使結(jié)構(gòu)的受力與傳力途徑簡單、直接、明確。傳力途徑復(fù)雜會(huì)出現(xiàn)多次、多級轉(zhuǎn)換的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，會(huì)導(dǎo)致工程造價(jià)的提高，且容易出現(xiàn)安全問題。

（3）應(yīng)優(yōu)先采用平面和豎向布置規(guī)則的結(jié)構(gòu)方案。盡量使結(jié)構(gòu)平面布置的抗側(cè)力剛度中心與建筑物的質(zhì)量重心盡量接近，以減小結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，盡量避免豎向?qū)痈咄蛔兗稗D(zhuǎn)換等造成的剛度懸殊，造成結(jié)構(gòu)布置的不規(guī)則進(jìn)而引起設(shè)計(jì)產(chǎn)品經(jīng)濟(jì)性、安全性欠佳。

（4）應(yīng)主動(dòng)的參與建筑設(shè)計(jì)的方案階段，加強(qiáng)與建筑師的溝通。一個(gè)設(shè)計(jì)精品是建筑師和結(jié)構(gòu)工程師創(chuàng)造性合作的成果，結(jié)構(gòu)工程師有責(zé)任對建筑方案提出意見，與建筑師一起構(gòu)思最佳的結(jié)構(gòu)體系，選擇效果最好、造價(jià)最低的結(jié)構(gòu)方案。

2 正確進(jìn)行結(jié)構(gòu)的優(yōu)化計(jì)算

進(jìn)行正確的結(jié)構(gòu)計(jì)算。計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)程序的不斷完善和全面應(yīng)用，使結(jié)構(gòu)工程師從復(fù)雜的結(jié)構(gòu)計(jì)算中解脫出來。工程師可以在概念、經(jīng)驗(yàn)和估算的基礎(chǔ)上借助計(jì)算機(jī)進(jìn)行可靠的反復(fù)分析計(jì)算，使結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更加合理和經(jīng)濟(jì)。在利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)，要注意以下問題:

（1）不能盲目的依賴計(jì)算機(jī)。因計(jì)算軟件的缺陷和設(shè)計(jì)人員的盲從而導(dǎo)致設(shè)計(jì)錯(cuò)誤的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，所以對用于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的計(jì)算程序的基本理論假定、應(yīng)用范圍和限制條件以及與規(guī)范的結(jié)合一定要搞清楚;

（2）對于輸入的幾何圖形、構(gòu)件尺寸、荷載數(shù)據(jù)等應(yīng)認(rèn)真核對、力求準(zhǔn)確無誤。避免因數(shù)據(jù)輸入錯(cuò)誤造成計(jì)算分析結(jié)果的錯(cuò)誤或較大的誤差。

（3）對計(jì)算參數(shù)的選取要正確合理。選取不同的計(jì)算參數(shù)會(huì)得出完全不同的計(jì)算結(jié)果，要根據(jù)實(shí)際結(jié)構(gòu)的具體情況和計(jì)算程序的功能要求合理選取。

（4）注意實(shí)際結(jié)構(gòu)與計(jì)算模型的差異。計(jì)算理論和設(shè)計(jì)程序都是建立在一些假定和理想的計(jì)算模型之上的，而實(shí)際結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)又是千差萬別的，所以任何構(gòu)件的計(jì)算都應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況確定結(jié)構(gòu)的約束關(guān)系，并利用結(jié)構(gòu)概念、工程經(jīng)驗(yàn)對計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析，判斷其是否合理。

3 結(jié)構(gòu)材料、構(gòu)件的優(yōu)化選用

提高材料的利用率結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)對材料的選用要合理，利用要充分。要根據(jù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的不同受力特點(diǎn)、工作環(huán)境和材料的力學(xué)性能特點(diǎn)，選用合適的建筑材料。實(shí)際工程中，因材料選擇不當(dāng)造成浪費(fèi)的情況很多。比如，經(jīng)常出現(xiàn)的鋼筋混凝土現(xiàn)澆板中混凝土標(biāo)號過高的現(xiàn)象，不僅高標(biāo)號的混凝土不能充分發(fā)揮其強(qiáng)度作用，而且為抵抗高強(qiáng)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(dǎo)致工程造價(jià)的提高。

4 正確理解、應(yīng)用規(guī)范設(shè)計(jì)

正確理解運(yùn)用規(guī)范。規(guī)范是我們在設(shè)計(jì)中必須遵循的“最低”標(biāo)準(zhǔn)，是國家的技術(shù)經(jīng)濟(jì)政策、科技水平和工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)。全面理解規(guī)范條文的概念、定義、前提條件和適用范圍，是正確運(yùn)用《規(guī)范》的前提和基礎(chǔ)。作為一個(gè)結(jié)構(gòu)工程師，一方面必須熟悉、理解和吃透規(guī)范條文的真實(shí)含義，另一方面必須客觀理性地正確對待規(guī)范。對《規(guī)范》中的“強(qiáng)制性條文”要不折不扣的執(zhí)行，而對《規(guī)范》中的“非強(qiáng)制性條文”工程師可以運(yùn)用自己的理論知識、結(jié)構(gòu)概念和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，在《規(guī)范》條文思想的指導(dǎo)下，針對具體的設(shè)計(jì)對象、環(huán)境和使用條件，以工程的安全性和經(jīng)濟(jì)性為目標(biāo)，創(chuàng)造性地選用規(guī)范中的數(shù)據(jù)。

5 培育精品觀念、質(zhì)量意識

培育設(shè)計(jì)者優(yōu)化設(shè)計(jì)是打造設(shè)計(jì)精品的過程的觀念。要求結(jié)構(gòu)工程師不僅要具備扎實(shí)的專業(yè)基礎(chǔ)、豐富的工作經(jīng)驗(yàn)，更要有精益求精、追求完美的精品意識。設(shè)計(jì)單位要提高市場競爭能力，必須實(shí)施精品戰(zhàn)略、走精品之路。改變以往在管理上重業(yè)務(wù)經(jīng)營輕技術(shù)質(zhì)量，設(shè)計(jì)只要保證不出大的質(zhì)量問題，方案的好壞、造價(jià)的高低無關(guān)緊要，使優(yōu)化設(shè)計(jì)失去內(nèi)在動(dòng)力，對設(shè)計(jì)質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)進(jìn)行全過程的控制，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)產(chǎn)品技術(shù)質(zhì)量與經(jīng)濟(jì)的統(tǒng)一。要落實(shí)各級技術(shù)崗位責(zé)任制，通過各環(huán)節(jié)層層把關(guān)，把提高設(shè)計(jì)質(zhì)量、創(chuàng)設(shè)計(jì)精品的理念貫穿于整個(gè)設(shè)計(jì)過程之中。

6 結(jié)語

通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)是投資方用來降低工程造價(jià)、控制工程投資的有效措施，然而對于設(shè)計(jì)者而言，需正確處理安全與經(jīng)濟(jì)的對立統(tǒng)一性，既不能降低技術(shù)和規(guī)范質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，又要反對輕經(jīng)濟(jì)，設(shè)計(jì)保守的現(xiàn)象。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)者要將優(yōu)化設(shè)計(jì)理念貫穿于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的全過程，創(chuàng)作出既能保證房屋結(jié)構(gòu)達(dá)到規(guī)范安全度，還能有效地反映建筑師的創(chuàng)作意圖和令業(yè)主滿意的產(chǎn)品，從而真正實(shí)現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)的效果。

[1]張炳華.土建結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)[M].上海：同濟(jì)大學(xué)出版社，2008：34-36.

[2]汪樹玉.結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的現(xiàn)狀與進(jìn)展[J].基建優(yōu)化，2007:12-13.

[3] 高立人，方鄂華，錢稼茹. 高層建筑結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)[M] .北京：中國計(jì)劃出版社，2005圖1 房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)管理結(jié)構(gòu)示意.