小議建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

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【摘要】建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，可有效提高建筑物的安全度并降低工程造價(jià)，讓建筑產(chǎn)品更具更高的性價(jià)比。本文試結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中結(jié)構(gòu)方案的選擇、結(jié)構(gòu)計(jì)算、材料選用、規(guī)范使用及設(shè)計(jì)者創(chuàng)精品意識(shí)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(jià)精心設(shè)計(jì)保證安全 一、引言      在工程建設(shè)過程中，建筑功能的實(shí)現(xiàn)與工程投資的控制是工程建設(shè)的兩大目標(biāo)。而進(jìn)行工程投資控制的關(guān)鍵在項(xiàng)目決策和設(shè)計(jì)階段，在項(xiàng)目做出投資決策后，其關(guān)鍵就在于設(shè)計(jì)階段。在建筑工程的設(shè)計(jì)階段，當(dāng)滿足建筑的諸多功能后，工程造價(jià)的控制是每個(gè)投資者最為關(guān)注的主要內(nèi)容，也自然成為投資者評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)質(zhì)量?jī)?yōu)劣、衡量設(shè)計(jì)水平、選擇設(shè)計(jì)單位的重要標(biāo)準(zhǔn)。為了在日益激烈的設(shè)計(jì)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中求得生存與發(fā)展，為業(yè)主提供優(yōu)質(zhì)的設(shè)計(jì)產(chǎn)品，提高設(shè)計(jì)產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)性，已成為每一個(gè)設(shè)計(jì)單位努力追求的目標(biāo)。由于在建筑產(chǎn)品中結(jié)構(gòu)造價(jià)所占的比重很大，通過對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，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(jià)，從而實(shí)現(xiàn)投資效益的最大化。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，當(dāng)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(shè)計(jì)、準(zhǔn)確計(jì)算、合理選用等全過程的優(yōu)化設(shè)計(jì)才能產(chǎn)生優(yōu)化的結(jié)構(gòu)。下面就結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的一些途徑，談一下本人的一點(diǎn)看法，以期與廣大結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員共勉。 二、選擇合理的結(jié)構(gòu)方案結(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。對(duì)于同一個(gè)建筑設(shè)計(jì)方案，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案往往不是唯一的。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，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(yīng)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(jiǎn)單、直接、明確。傳力途徑復(fù)雜會(huì)出現(xiàn)多次轉(zhuǎn)換的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，這樣會(huì)導(dǎo)致造價(jià)的提高，也容易出現(xiàn)計(jì)算錯(cuò)誤產(chǎn)生安全問題。采用最簡(jiǎn)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(fēng)險(xiǎn)，使結(jié)構(gòu)受力更加明確，其造價(jià)也相對(duì)經(jīng)濟(jì); 3．保持整個(gè)結(jié)構(gòu)安全可靠度的協(xié)調(diào)一致性。應(yīng)通盤考慮整體結(jié)構(gòu)的每一個(gè)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(dá)到規(guī)范規(guī)定的設(shè)計(jì)目標(biāo)水準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)既經(jīng)濟(jì)又安全的目標(biāo); 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(yīng)，因?yàn)榈挚菇Y(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(jì)又不安全; 5．積極主動(dòng)的參與建筑設(shè)計(jì)的方案階段，加強(qiáng)與建筑師的溝通與協(xié)調(diào)。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(zé)任對(duì)建筑方案提出建設(shè)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(qiáng)結(jié)構(gòu)概念的培養(yǎng)，才能比較客觀、真實(shí)地理解結(jié)構(gòu)的工作性能。并綜合運(yùn)用其掌握的結(jié)構(gòu)概念，通過反復(fù)試算、反饋和優(yōu)化，選擇效果最好、造價(jià)最低的結(jié)構(gòu)方案。 三、進(jìn)行正確的結(jié)構(gòu)計(jì)算一體化計(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)工程師從繁重復(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)行可靠的分析計(jì)算，經(jīng)過多次計(jì)算比較和調(diào)整，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)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)程序進(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)人員不加分析的盲從而導(dǎo)致設(shè)計(jì)錯(cuò)誤的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，所以對(duì)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程序與規(guī)范的結(jié)合一定要搞清楚; 2．對(duì)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(duì)、力求準(zhǔn)確無(wú)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。比如，高層建筑標(biāo)準(zhǔn)層荷載數(shù)據(jù)的輸入出現(xiàn)錯(cuò)誤，其累加后對(duì)結(jié)構(gòu)計(jì)算所產(chǎn)生的影響是不容忽視的，將導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果要么不安全、要么不經(jīng)濟(jì); 3．對(duì)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。所有的計(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(wàn)別的，一味地依賴電腦或計(jì)算手冊(cè)的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)會(huì)給結(jié)構(gòu)留下較多的隱患，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(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析，判斷其是否合理，以確保最終結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的正確。 四、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(duì)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(hào)過高的現(xiàn)象，不僅高標(biāo)號(hào)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。 五、正確理解運(yùn)用《規(guī)范》《規(guī)范》是我們?cè)谠O(shè)計(jì)中必須遵循的“最低”標(biāo)準(zhǔn)，是國(guó)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(duì)待規(guī)范。對(duì)《規(guī)范》中的“強(qiáng)制性條文”要不折不扣的執(zhí)行，而對(duì)《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(shí)、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(duì)具體的設(shè)計(jì)對(duì)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)造性地靈活選用規(guī)范中的數(shù)據(jù)。 六、樹立精品意識(shí)對(duì)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的過程是結(jié)構(gòu)工程師打造設(shè)計(jì)精品的過程。要求結(jié)構(gòu)工程師不僅要具備深厚扎實(shí)的專業(yè)基本理論基礎(chǔ)、豐富的實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，更要有盡心盡力、精益求精、追求完美的精品意識(shí)。設(shè)計(jì)單位要提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)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(yíng)輕技術(shù)質(zhì)量，造成設(shè)計(jì)人不注重技術(shù)水平的提高，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(wú)關(guān)緊要，使優(yōu)化設(shè)計(jì)失去內(nèi)在動(dòng)力。通過結(jié)構(gòu)工程師與造價(jià)工程師對(duì)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(jí)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)精品的工作貫穿于整個(gè)設(shè)計(jì)過程之中。 七、結(jié)語(yǔ) 通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)來降低工程造價(jià)是控制工程投資的一個(gè)有效途徑，而正確處理技術(shù)與經(jīng)濟(jì)的對(duì)立統(tǒng)一是控制投資的關(guān)鍵。不能片面強(qiáng)調(diào)節(jié)約投資，而降低技術(shù)和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，又要反對(duì)重技術(shù)、輕經(jīng)濟(jì)，設(shè)計(jì)保守浪費(fèi)的現(xiàn)象。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的首要任務(wù)是滿足建筑功能的需求，實(shí)現(xiàn)建筑物適用、安全、美觀、經(jīng)濟(jì)的目標(biāo)。結(jié)構(gòu)工程師要將優(yōu)化設(shè)計(jì)貫穿于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的整個(gè)過程，精益求精的完成每一項(xiàng)設(shè)計(jì)工作，創(chuàng)作出既保證結(jié)構(gòu)達(dá)到《規(guī)范》要求的同時(shí)，還能最大限度地實(shí)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(dá)到優(yōu)化設(shè)計(jì)的效果。 參考文獻(xiàn): ［1］高立人等．高層建筑結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)［M］．北京:中國(guó)計(jì)劃出版杜，2005． ［2］徐培福主編．復(fù)雜高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)［M］．北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2005．