小議建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設計

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【摘要】建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設計，可有效提高建筑物的安全度并降低工程造價，讓建筑產(chǎn)品更具更高的性價比。本文試結(jié)構(gòu)設計中結(jié)構(gòu)方案的選擇、結(jié)構(gòu)計算、材料選用、規(guī)范使用及設計者創(chuàng)精品意識的培養(yǎng)等多方面探討了優(yōu)化的方法和優(yōu)化的途徑。

【關(guān)鍵詞】結(jié)構(gòu)優(yōu)化降低造價精心設計保證安全 一、引言      在工程建設過程中，建筑功能的實現(xiàn)與工程投資的控制是工程建設的兩大目標。而進行工程投資控制的關(guān)鍵在項目決策和設計階段，在項目做出投資決策后，其關(guān)鍵就在于設計階段。在建筑工程的設計階段，當滿足建筑的諸多功能后，工程造價的控制是每個投資者最為關(guān)注的主要內(nèi)容，也自然成為投資者評價設計質(zhì)量優(yōu)劣、衡量設計水平、選擇設計單位的重要標準。為了在日益激烈的設計市場競爭中求得生存與發(fā)展，為業(yè)主提供優(yōu)質(zhì)的設計產(chǎn)品，提高設計產(chǎn)品的經(jīng)濟性，已成為每一個設計單位努力追求的目標。由于在建筑產(chǎn)品中結(jié)構(gòu)造價所占的比重很大，通過對建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設計，不僅能夠提高建筑物的安全度，而且能夠有效的降低工程造價，從而實現(xiàn)投資效益的最大化。在建筑結(jié)構(gòu)設計中，當建筑方案產(chǎn)生后，結(jié)構(gòu)從選型和布置開始就存在優(yōu)化與否的問題，再加上后續(xù)每一道工序的精心設計、準確計算、合理選用等全過程的優(yōu)化設計才能產(chǎn)生優(yōu)化的結(jié)構(gòu)。下面就結(jié)構(gòu)設計優(yōu)化的一些途徑，談一下本人的一點看法，以期與廣大結(jié)構(gòu)設計人員共勉。 二、選擇合理的結(jié)構(gòu)方案結(jié)構(gòu)設計方案的優(yōu)劣決定了結(jié)構(gòu)設計的成敗。對于同一個建筑設計方案，結(jié)構(gòu)設計方案往往不是唯一的。不同的結(jié)構(gòu)方案會使工程造價和工程質(zhì)量產(chǎn)生很大的差別，所以選擇合理的結(jié)構(gòu)方案便顯得尤為重要。在結(jié)構(gòu)方案的選擇上，應遵循以下的一些基本原則:     1．要用整體的概念在特定的建筑空間中來完成結(jié)構(gòu)總體方案的構(gòu)思，處理好構(gòu)件與結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)的關(guān)系，充分利用和發(fā)揮整體結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的最佳受力狀態(tài)，使結(jié)構(gòu)具備足夠的承載力、剛度和良好的延性; 2．盡可能使結(jié)構(gòu)的受力與傳力途徑簡單、直接、明確。傳力途徑復雜會出現(xiàn)多次轉(zhuǎn)換的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，這樣會導致造價的提高，也容易出現(xiàn)計算錯誤產(chǎn)生安全問題。采用最簡單、直接的傳力途徑，可以省去中間傳遞的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，減少結(jié)構(gòu)的安全風險，使結(jié)構(gòu)受力更加明確，其造價也相對經(jīng)濟; 3．保持整個結(jié)構(gòu)安全可靠度的協(xié)調(diào)一致性。應通盤考慮整體結(jié)構(gòu)的每一個構(gòu)件，使結(jié)構(gòu)構(gòu)件能夠協(xié)調(diào)一致發(fā)揮其最大效能，確保達到規(guī)范規(guī)定的設計目標水準，實現(xiàn)結(jié)構(gòu)既經(jīng)濟又安全的目標; 4．使結(jié)構(gòu)平面布置的抗側(cè)力剛度中心與建筑物的外力作用中心或質(zhì)量重心盡量接近或重合，以避免或減小外力作用下結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應，因為抵抗結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)所需增加的材料用量是很大的，可以說結(jié)構(gòu)平面布置的不規(guī)則既不經(jīng)濟又不安全; 5．積極主動的參與建筑設計的方案階段，加強與建筑師的溝通與協(xié)調(diào)。一個設計精品是建筑師和結(jié)構(gòu)工程師創(chuàng)造性合作的共同成果，在滿足建筑物的功能和建筑師創(chuàng)意的前提下，結(jié)構(gòu)工程師有責任對建筑方案提出建設性的意見，與建筑師一起構(gòu)思最佳的結(jié)構(gòu)體系。結(jié)構(gòu)工程師只有加強結(jié)構(gòu)概念的培養(yǎng)，才能比較客觀、真實地理解結(jié)構(gòu)的工作性能。并綜合運用其掌握的結(jié)構(gòu)概念，通過反復試算、反饋和優(yōu)化，選擇效果最好、造價最低的結(jié)構(gòu)方案。 三、進行正確的結(jié)構(gòu)計算一體化計算機結(jié)構(gòu)設計程序的不斷完善和全面應用，使結(jié)構(gòu)工程師從繁重復雜的結(jié)構(gòu)計算中解脫出來。工程師可以在概念、經(jīng)驗和估算的基礎(chǔ)上借助計算機進行可靠的分析計算，經(jīng)過多次計算比較和調(diào)整，使結(jié)構(gòu)設計更加合理和經(jīng)濟。在利用計算機結(jié)構(gòu)設計程序進行結(jié)構(gòu)計算時，要注意以下問題: 1．不能盲目的依賴計算機。因計算軟件的缺陷和設計人員不加分析的盲從而導致設計錯誤的現(xiàn)象時有發(fā)生，所以對用于結(jié)構(gòu)設計的計算程序的基本理論假定、應用范圍和限制條件以及程序與規(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)等應認真核對、力求準確無誤。避免因數(shù)據(jù)輸入錯誤造成計算分析結(jié)果的錯誤或較大的誤差。比如，高層建筑標準層荷載數(shù)據(jù)的輸入出現(xiàn)錯誤，其累加后對結(jié)構(gòu)計算所產(chǎn)生的影響是不容忽視的，將導致計算結(jié)果要么不安全、要么不經(jīng)濟; 3．對計算參數(shù)的選取要正確合理。選取不同的計算參數(shù)會得出完全不同的計算結(jié)果，要根據(jù)實際結(jié)構(gòu)的具體情況和計算程序的功能要求合理選取。 4．注意實際結(jié)構(gòu)與計算模型的差異。所有的計算理論和設計程序都是建立在一些假定和理想的計算模型之上的，而實際結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)又是千差萬別的，一味地依賴電腦或計算手冊的計算結(jié)果進行結(jié)構(gòu)設計會給結(jié)構(gòu)留下較多的隱患，所以任何構(gòu)件的計算都應根據(jù)實際情況確定結(jié)構(gòu)的約束關(guān)系，并利用結(jié)構(gòu)概念、工程經(jīng)驗對計算結(jié)果進行分析，判斷其是否合理，以確保最終結(jié)構(gòu)設計的正確。 四、提高材料的利用率結(jié)構(gòu)設計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)設計時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、工作環(huán)境和材料的力學性能特點，選用合適的建筑材料。實際工程中，因材料選擇不當造成浪費的情況很多。比如，經(jīng)常出現(xiàn)的鋼筋混凝土現(xiàn)澆板中混凝土標號過高的現(xiàn)象，不僅高標號的混凝土不能充分發(fā)揮其強度作用，而且為抵抗高強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，從而導致工程造價的提高。 五、正確理解運用《規(guī)范》《規(guī)范》是我們在設計中必須遵循的“最低”標準，是國家的技術(shù)經(jīng)濟政策、科技水平和工程實踐經(jīng)驗的總結(jié)。全面理解規(guī)范條文的概念、定義、前提條件和適用范圍，是正確運用《規(guī)范》的前提和基礎(chǔ)。作為一個結(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“強制性條文”要不折不扣的執(zhí)行，而對《規(guī)范》中的“非強制性條文”工程師可以運用自己的理論知識、結(jié)構(gòu)概念和實踐經(jīng)驗，在《規(guī)范》條文思想的指導下，針對具體的設計對象、環(huán)境和使用條件，以工程的安全性和經(jīng)濟性為目標。創(chuàng)造性地靈活選用規(guī)范中的數(shù)據(jù)。 六、樹立精品意識對結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計的過程是結(jié)構(gòu)工程師打造設計精品的過程。要求結(jié)構(gòu)工程師不僅要具備深厚扎實的專業(yè)基本理論基礎(chǔ)、豐富的實際工作經(jīng)驗，更要有盡心盡力、精益求精、追求完美的精品意識。設計單位要提高市場競爭能力，必須實施精品戰(zhàn)略、走精品之路。改變以往在管理上重業(yè)務經(jīng)營輕技術(shù)質(zhì)量，造成設計人不注重技術(shù)水平的提高，設計只要保證不出大的質(zhì)量問題，方案的好壞、造價的高低無關(guān)緊要，使優(yōu)化設計失去內(nèi)在動力。通過結(jié)構(gòu)工程師與造價工程師對設計質(zhì)量和經(jīng)濟指標進行全過程的控制，實現(xiàn)設計產(chǎn)品技術(shù)質(zhì)量與經(jīng)濟的統(tǒng)一。要落實各級技術(shù)崗位責任制，通過各環(huán)節(jié)層層把關(guān)，把提高設計質(zhì)量、創(chuàng)設計精品的工作貫穿于整個設計過程之中。 七、結(jié)語 通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計來降低工程造價是控制工程投資的一個有效途徑，而正確處理技術(shù)與經(jīng)濟的對立統(tǒng)一是控制投資的關(guān)鍵。不能片面強調(diào)節(jié)約投資，而降低技術(shù)和質(zhì)量標準，又要反對重技術(shù)、輕經(jīng)濟，設計保守浪費的現(xiàn)象。建筑結(jié)構(gòu)設計的首要任務是滿足建筑功能的需求，實現(xiàn)建筑物適用、安全、美觀、經(jīng)濟的目標。結(jié)構(gòu)工程師要將優(yōu)化設計貫穿于結(jié)構(gòu)設計的整個過程，精益求精的完成每一項設計工作，創(chuàng)作出既保證結(jié)構(gòu)達到《規(guī)范》要求的同時，還能最大限度地實現(xiàn)建筑師的創(chuàng)作思想和令業(yè)主滿意的產(chǎn)品，從而真正達到優(yōu)化設計的效果。 參考文獻: ［1］高立人等．高層建筑結(jié)構(gòu)概念設計［M］．北京:中國計劃出版杜，2005． ［2］徐培福主編．復雜高層建筑結(jié)構(gòu)設計［M］．北京:中國建筑工業(yè)出版社，2005．