淺談建筑結構概念設計與優化設計

李杰

摘 要：“白銀”時代的房地產行業，如何彎道超車，實現逆勢突破，既能脫穎而出，還能優雅前行。市場決定產品的方向，同時精細化設計，控制成本也已成為企業盈利的重要手段。

關鍵詞：建筑;建筑設計;結構優化設計

文章編號：2095-4085（2020）09-0016-02

住宅產品的不斷升級更新，技術的復雜性不斷增大，設計規范、地方標準等要求的不斷提高，使得結構工程在實現建筑空間和效果方面，扮演越來越重要的角色。結構設計管理應貫穿產品整個生命周期。

1 概念設計

概念設計是展現先進設計思想的關鍵。其中建筑結構概念設計指不經模型和數值計算，尤其在一些難以作出精確理性分析或在規范中難以具體規定的問題中，依據整體結構體系與分體系之間的力學關系、結構破壞機理、震害、試驗現象和工程經驗所獲得的基本設計原則和設計思想，從整體的角度來確定建筑結構的總體布置和抗震細部措施的宏觀控制。運用概念設計方法，可以在建筑設計的方案階段迅速、有效地對結構體系進行構思、比較與選擇。所得方案往往概念清晰、定性正確、經濟合理，可以避免后期設計階段出現較大問題和修改，進而影響設計、施工周期，延遲銷售，消耗資金成本。

（1）根據建筑方案要求，依據規范，按各種結構形式的不同特點及適用范圍，確定不同的結構體系，如框架、剪力墻、框剪、框筒、筒體以及其他復雜結構形式。

（2）根據建筑高度、復雜程度和不規則程度提前判斷項目是否需要報超限審查。需要進行超限審查的建筑項目土建成本會迅速增加，同時設計周期延長，影響項目開竣工時間，增加資金成本投入。概念設計階段應結合專業知識，盡可能通過調整建筑平面的規則性、樓板開洞的大小和位置，收進及懸挑、設縫位置、豎向構件布置的均勻、合理程度和上下連續性，同時和建筑、設備各專業充分交流溝通，提前進行設計改進，避免超限審查。

（3）根據建筑物的方案設計和場地的地質條件，選擇合理的地庫平面布置方案和相應的基礎形式。例如：“信達華宇錦繡龍川府”項目，方案原設計為二層地下車庫（局部負二層，負二層位于場地南側），項目高層住宅區位于場地內北側，洋房住宅區位于場地內南側。概念設計過程通過對地勘報告提供的土層孔點信息進行分析，發現地勘報告數據顯示場地內土層分布不均勻，場地南側與北側持力層深度相差3m多。現行方案南側洋房區負二層地庫基礎底板可直接進入持力層，但北側高層區負一層車庫基礎底板無法進入持力層。若維持現方案，高層區基礎需采用樁基或將高層基礎筏板降至持力層，超出基底標高采用結構空箱，以實現原方案，但無效成本增加較多。結合地勘報告提供的數據，通過和建筑專業、營銷部門溝通后，經測算洋房住宅區負一層附近車位已滿足洋房業主車位配比，高層住宅區業主購買負二層（洋房區）后，歸家動線較遠，去化難度大。概念設計過程中對原方案地庫負二層位置進行調整，由原場地內南側調整到北側，高層住宅區調整為二層地庫，洋房住宅區調整為一層地庫，經核對項目所有單體和地庫基底標高均可進入持力層，大幅減小無效成本，同時有效解決地庫車位去化問題。經成本測算，僅土方開挖節約成本200多萬。

（4）產品設計應積極調研、探索應用新工藝，勇于創新，不能由于害怕承擔創新責任，而放棄使用新的工藝。在概念方案設計階段，根據項目的特殊性選用合理經濟的新技術。例如“信達華宇錦繡花城”項目A地塊，地庫層高較大，地庫自重不滿足抗浮設計要求，需被動增設抗浮措施。考慮到本項目工期緊，資金緊張的原因，結合項目地勘報告提供的數據，在概念設計階段引進“變直徑鋼筋籠抗拔抗拉錨桿”的設計方案，通過后期施工圖設計優化比較，采用傳統抗浮錨桿設計，需施工778根，錨桿總長7391m;采用變直徑鋼筋籠抗拔抗拉錨桿設計，需施工282根，錨桿總長1974m，成本節約13萬，節約35%的工期（該地塊地庫需采取抗浮措施面積為5161.4m2）。

2 結構優化設計

結構優化設計是指在滿足各種規范或某些特定要求的條件下，使建筑結構的某種指標（如含鋼量、混凝土用量、綜合造價、工期等）為最佳的設計方法，要綜合分析比較，擇優選擇。

2.1 鋼筋級別選擇與造價的關系

采用什么級別的鋼筋應從以下三個方面來考慮。

1.最小配筋率;2.是否內力計算控制配筋;3.施工的方便性。

2.2 混凝土強度等級選擇與造價的關系

剪力墻、柱：受壓構件，構造配筋率相同，則截面大小決定配筋量和造價，軸壓比相同的前提下，混凝土強度等級越高則截面越小，配筋量越小，造價越省。

梁、板：受彎構件，構造配筋率隨混凝土強度等級提高而增大，且強度等級高低一般來說對梁板配筋計算結果影響較小，所以越低越省。

2.3 剪力墻結構的優化

（1）剪力墻的布置原則：建筑物周邊（尤其角部）重點考慮、對齊、簡單、均衡、對稱、多用‘L‘T型截面墻，少用一字墻。

（2）優化結構設計敏感參數：周期折減系數、連梁剛度折減系數、梁剛度增大系數、梁配筋考慮壓筋的影響、梁計算配筋考慮樓板的翼緣作用等。

（3）抗震性能與材料用量的關系如下。據統計按規范規定的彈性層間位移角限值差不多時，結構的抗側力構件布置數量較為合理。

2.4 樁基礎的優化

（1）從上部結構到樁之間的荷載傳遞路徑越短，承臺受力越小、越均勻、費用越低。所以樁最好布置在墻、柱下。不要在墻柱的近距離布置，否則沖切計算不易滿足要求，可通過把與基礎相連的那一層地下室范圍內的墻肢延長到樁對邊外側予以處理，樁身宜全落在墻體范圍內。

（2）平面布樁盡量避免少數樁反力較大，而被動提高整體樁承載力要求。 可以通過局部增設樁或者對上部結構進行優化調整，使得樁反力基本均勻，承載力都得到較充分的發揮和利用。

3 結 語

結構設計管理是一項比較枯燥同時又是責任重大的專項設計工作，對于房地產企業而言，結構設計管理既能給建筑功能和效果的實現予以支撐，又能在過程管理中對建造成本進行有效控制，對結構設計管理給與足夠的關注，避免與建筑、設備各專業的矛盾，減少產品質量隱患，提升產品競爭力，節約造價，提高項目效益等方面都具有較大的價值體現空間。

參考文獻：

[1]GB 50010-2010，混凝土結構設計規范[S].

[2]GB 50007-2011，建筑地基基礎設計規范[S].