孫翠翠

（上海都市建筑設(shè)計(jì)有限公司， 上海 200082）

0 前言

隨著國(guó)家環(huán)保意識(shí)的加強(qiáng)，對(duì)建筑行業(yè)節(jié)能減排、綠色施工的要求，以及房地產(chǎn)開發(fā)商利潤(rùn)的保證，促使優(yōu)化設(shè)計(jì)成為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中必須充分考慮和實(shí)施的一種手段，這不僅是綜合設(shè)計(jì)院長(zhǎng)期發(fā)展的關(guān)鍵因素，更是住宅項(xiàng)目為主設(shè)計(jì)院以及優(yōu)化設(shè)計(jì)公司的生存之法。

建設(shè)項(xiàng)目的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要從多方面綜合考慮。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要做到：早介入、結(jié)構(gòu)方案比選、精細(xì)化設(shè)計(jì)，抓大放小。在整個(gè)項(xiàng)目的實(shí)施周期中，結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的應(yīng)貫穿始終?！霸缃槿搿敝附Y(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)可在建筑方案設(shè)計(jì)階段開始介入，盡量避免建筑方案造成的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不規(guī)則，合理選擇結(jié)構(gòu)方案，避免后續(xù)設(shè)計(jì)過(guò)程中由于結(jié)構(gòu)方案難以實(shí)現(xiàn)或成本過(guò)高而造成建筑方案顛覆調(diào)整。而在施工圖設(shè)計(jì)階段，結(jié)構(gòu)優(yōu)化手段是優(yōu)化方案的實(shí)施和落地，結(jié)構(gòu)主體方案及地基基礎(chǔ)方案，對(duì)工程成本及工期影響較大，“結(jié)構(gòu)方案比選”就成為關(guān)鍵環(huán)節(jié)?！熬?xì)化設(shè)計(jì)，抓大放小”則指的是設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該精細(xì)化分析及制圖。本文主要從結(jié)構(gòu)優(yōu)化布置及精細(xì)化設(shè)計(jì)方面簡(jiǎn)述結(jié)構(gòu)優(yōu)化的一些方法，以希望對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師有“拋磚引玉”的作用。

1 結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)優(yōu)化的思路及方式

結(jié)構(gòu)方案的選型是結(jié)構(gòu)優(yōu)化的源頭，所以優(yōu)化設(shè)計(jì)中應(yīng)重視結(jié)構(gòu)方案的比選，以確定經(jīng)濟(jì)合理的結(jié)構(gòu)布置方案。

1.1 結(jié)構(gòu)豎向布置優(yōu)化方案

住宅建筑結(jié)構(gòu)豎向構(gòu)件應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)總體指標(biāo)沿豎向變化，如剪力墻的墻長(zhǎng)及墻厚（墻長(zhǎng)可根據(jù)計(jì)算需要在上部樓層縮短，但應(yīng)避免短肢剪力墻；墻厚可由300mm 漸變?yōu)?80mm）?？蚣芰?、連梁高度可根據(jù)結(jié)構(gòu)整體剛度變化，以減小整體結(jié)構(gòu)剛度，減小地震力。對(duì)于高層建筑中底商或底部層高較大的樓層按照剛度計(jì)算需要設(shè)置這幾層的框架梁、連梁高度。柱、墻混凝土強(qiáng)度，以滿足軸壓比為宜，并滿足墻體穩(wěn)定性要求，沿建筑高度分段變化。上部結(jié)構(gòu)嵌固端位置的選取，應(yīng)根據(jù)項(xiàng)目特征進(jìn)行嵌固端為基礎(chǔ)頂和正負(fù)零的經(jīng)濟(jì)性分析。

1.2 結(jié)構(gòu)平面布置優(yōu)化方案

在不影響建筑使用功能的前提下，結(jié)構(gòu)布置應(yīng)簡(jiǎn)單、規(guī)則、剪力墻盡量布置于建筑四周、門窗洞口上下對(duì)齊，剪力墻沿兩個(gè)主軸方向雙向布置、且兩個(gè)方向側(cè)向剛度宜相近（相差不超過(guò)20%），盡量減少短肢剪力墻的布置，應(yīng)與建筑溝通，在不影響建筑外立面及造型的前提下，布置一般剪力墻。梁、柱布置盡量避免一些大懸挑、大跨度、盡量不轉(zhuǎn)換等，少采用型鋼梁柱。取消廚衛(wèi)間，設(shè)備管井隔墻下的結(jié)構(gòu)小梁，改用板底附加鋼筋，節(jié)約混凝土及鋼筋用量。樓板厚度，大跨度雙向板按跨度的1/40 并滿足裂縫與撓度的要求；樓板薄弱部位板厚可加厚至110mm，連廊取120mm 等，但尚應(yīng)滿足地方標(biāo)準(zhǔn)的要求，并與審圖公司溝通商定。與建筑協(xié)商或采用結(jié)構(gòu)計(jì)算等手段，避免超限情況的發(fā)生。地下車庫(kù)布置，與方案、甲方溝通采用小柱網(wǎng)；梁板結(jié)構(gòu)形式應(yīng)根據(jù)實(shí)際項(xiàng)目情況進(jìn)行結(jié)構(gòu)方案比選，考慮覆土厚度、人防荷載、結(jié)構(gòu)找坡等影響結(jié)構(gòu)布置形式的因素，可采用不同區(qū)域不同的梁板形式的布置方式，優(yōu)化結(jié)構(gòu)布置，從源頭上節(jié)約成本。

1.3 地基基礎(chǔ)優(yōu)化方案

基礎(chǔ)持力層，首選天然地基。基礎(chǔ)選型，按獨(dú)立基礎(chǔ)、條基、筏板、樁基的順序進(jìn)行，地下車庫(kù)優(yōu)選獨(dú)立基礎(chǔ)+防水板的形式；樁基選型應(yīng)進(jìn)行復(fù)合地基、預(yù)制樁、管樁、灌注樁等樁基形式進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性比較，根據(jù)地質(zhì)情況以及規(guī)范要求選用最經(jīng)濟(jì)的樁型；在施工許可情況下，復(fù)合地基最經(jīng)濟(jì)，采用樁基時(shí)，盡量采用樁基承臺(tái)+防水板形式基礎(chǔ)形式。筏板厚度、獨(dú)立基礎(chǔ)高度按沖切控制，可以局部加厚，以減小基礎(chǔ)的構(gòu)造配筋，節(jié)約含鋼量，節(jié)約混凝土用量，降低工程成本。

2 精細(xì)化設(shè)計(jì)的優(yōu)化的思路及方式

精細(xì)化設(shè)計(jì)是結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)執(zhí)行的關(guān)鍵手段，只有對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行精細(xì)化分析和設(shè)計(jì)，才能讓結(jié)構(gòu)優(yōu)化措施落地，實(shí)現(xiàn)真正意義上的結(jié)構(gòu)優(yōu)化。精細(xì)化設(shè)計(jì)分為精細(xì)化分析與精細(xì)化制圖，主要從以下方面控制：

2.1 精細(xì)化分析

2.1.1 結(jié)構(gòu)荷載

荷載是結(jié)構(gòu)效應(yīng)的起源，荷載的大小直接影響結(jié)構(gòu)的效應(yīng)，因此，結(jié)構(gòu)荷載應(yīng)該精細(xì)化，如結(jié)構(gòu)樓面恒荷載嚴(yán)格按建筑實(shí)際做法計(jì)算，不隨意放大。帶門窗的填充墻線荷載，應(yīng)考慮門窗的折減，隔墻線荷載計(jì)算時(shí)，隔墻高度可取建筑面層上方至梁底或板底的高度。消防車等效均布活荷載考慮板跨與覆土厚度按規(guī)范要求折減取值。主樓下人防地下室荷載可考慮上部結(jié)構(gòu)的有利影響；地震參數(shù)、風(fēng)荷載參數(shù)等要真實(shí)準(zhǔn)確。關(guān)鍵工程應(yīng)對(duì)地震效應(yīng)、風(fēng)荷載效應(yīng)進(jìn)行專項(xiàng)評(píng)價(jià)，出具相關(guān)評(píng)價(jià)報(bào)告，必要時(shí)利用振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)、風(fēng)洞試驗(yàn)等方法，對(duì)地震影響系數(shù)最大、設(shè)計(jì)地震分組、場(chǎng)地類別、體型系數(shù)等重要設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行精細(xì)的專項(xiàng)評(píng)價(jià)。

2.1.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)的選取

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)的取值對(duì)結(jié)構(gòu)的整體指標(biāo)以及配筋指標(biāo)有一定程度的影響，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)預(yù)與考慮。如墻柱配筋設(shè)計(jì)是可考慮翼緣墻、端柱；矩形混凝土梁按考慮樓板翼緣的T 形梁配筋，框架梁梁端配筋考慮受壓鋼筋影響；梁墻自重扣除與柱重疊部分，樓板自重扣除與梁墻重疊部分；梁板、墻柱及基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)考慮活載折減，地下車庫(kù)可按彈性板6 計(jì)算，勾選彈性板荷載計(jì)算方式為有限元計(jì)算，梁配筋計(jì)算結(jié)果偏小，須滿足正常使用極限狀態(tài)要求；板配筋采用整體計(jì)算配筋結(jié)果（按等值線配筋）等等。

2.2 精細(xì)化制圖

住宅結(jié)構(gòu)制圖時(shí)，應(yīng)該精細(xì)化設(shè)計(jì)，如標(biāo)準(zhǔn)層墻柱、梁板配筋應(yīng)根據(jù)樓層分段精細(xì)化設(shè)計(jì)，宜3～4 層一個(gè)鋼筋層（或根據(jù)實(shí)際情況可取1～2 層為一個(gè)鋼筋層），不允許最大值包絡(luò)全樓，對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)一般部位的邊緣構(gòu)件，采用墻體水平筋+拉筋的做法可以降低含鋼量（據(jù)統(tǒng)計(jì)此種做法較傳統(tǒng)做法每平方可節(jié)約鋼筋2KG～3KG 左右），對(duì)底部加強(qiáng)區(qū)的約束邊緣構(gòu)件計(jì)算體積配箍率時(shí)，可考慮適當(dāng)計(jì)入滿足構(gòu)造要求且在墻端有可靠錨固的墻體水平筋（計(jì)入墻體水平筋的配箍率不能超過(guò)總體積配筋率30%）。梁配筋時(shí)通長(zhǎng)筋宜采用小直徑鋼筋，連續(xù)梁設(shè)計(jì)，相鄰梁跨的底筋宜采用同直徑變數(shù)量的原則通長(zhǎng)設(shè)置，減少鋼筋錨固量，框架梁底部鋼筋應(yīng)根據(jù)梁端底部計(jì)算彎矩的要求不伸入支座等等。

3 新技術(shù)新材料的應(yīng)用

利用新技術(shù)和新材料進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)是一種高效實(shí)用的方法。能有效實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目施工的節(jié)能節(jié)材或節(jié)約工期。例如，采用高強(qiáng)度鋼筋有效地降低了鋼筋的用量，采用適當(dāng)?shù)臏p隔震技術(shù)措施降低了結(jié)構(gòu)的地震作用，采用輕質(zhì)材料減少了結(jié)構(gòu)的自重以減輕水平地震作用等。新材料、新技術(shù)的應(yīng)用要經(jīng)過(guò)建設(shè)方同意及專家的充分論證，是今后結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的目標(biāo)和方向。

4 結(jié)語(yǔ)

總之，結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)。優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)并非死板的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，而是讓結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更符合客觀條件和實(shí)際受力特點(diǎn)，更合理，更美觀。一切結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)都不應(yīng)該以犧牲安全性為條件，而應(yīng)該以保證結(jié)構(gòu)安全為基礎(chǔ)。以此為基礎(chǔ)，大膽創(chuàng)新，細(xì)致分析，不斷完善，通過(guò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化來(lái)實(shí)現(xiàn)其核心價(jià)值。