1、1住宅建筑结构优化设计的思考摘要：住宅工程项目的建造成本是项目开发成本的重要组成部分，通过结构设计优化可以降低工程建设成本，提高经济效益。文章就如何实现住宅结构的优化设计进行了探索，并提出了相应的设计思路。 关键词：住宅建筑 结构优化设计 钢筋混凝土 影响 建议 1. 结构优化设计对工程投资控制的影响 由于建筑产品单一性的特点，特别是不同地质条件对基础造价的影响很大，致使开发商难于确定针对每项具体工程的经济合理的限额设计指标。在进行建筑方案设计时，开发商和设计人员一般只重点关注使用功能的合理性和建筑立面的美观，而对不同建筑平面布置、不同进深与开间尺寸、不同立面形式、层高与层数等对投资的影响，很
2、少进行考虑。在结构设计时，由于结构设计人员经济意识不强，缺乏经济技术比较手段，结构设计时间紧等原因，在结构方案的选择及结构材料选用时，往往只凭经验进行确定，很难使结构设计达到经济合理。 2. 结构优化设计的基本方法 结构优化设计是在保证建筑使用功能和建筑总体效果的前提下，通过选用合理的结构体系，优化结构布置，对结构受力进行详细计算分析，使整个结构体系既安全可靠，又经济合理。优化后的结构设计，既要满足现行结构设计规范的要求，又使结构各构件之间达到最合适的比例关系，以提高结构整体的抗震性能、抗风性能等功能。同时，优化后的结2构设计必须方便施工，易于在工程实践中实施。结构优化设计一般可从下列五个方面
3、进行。 2.1 结构优化分析方法 工程结构的优化分析包括两个层次：一是结构体系的优化，主要是确定结构形式、柱网尺寸和墙体布置等；二是对结构构件进行优化，在己确定结构体系的前提下，确定构件的截面尺寸和混凝土强度等级。 在传统设计中，结构体系的确定和构件截面尺寸是凭经验假定的，然后进行分析计算，校核是否满足规范要求，是一种被动的设计方法。优化设计也需要先进行假设，但假设目的不一样，所采用的分析方法也不同，优化设计需按一定的优化方法进行搜索，从而达到结构造价最优，是一种主动的设计方法。 2.2 荷载精细化计算 正确取用抗震防护烈度、场地类别，合理确定风荷载标准值和风载体型系数，必要时可根据风洞试验确
4、定风载体型系数。根据不同荷载组合和不同计算内容选用荷载分项系数。在进行基础设计时，当上部结构传给基础的荷载为设计值时，应将设计值转换成标准值。 2.3 准确理解和使用规范 认真学习国家和当地有关设计规范，理解规范实质，并注意规范的适用范围和规范使用的配套性。在计算桩数时，荷载效应采用标准组合，对应的抗力采用单桩承载力特征值；在确定承台高度及配筋，验算材料强度时，荷载效应取基本组合，采用相应的分项系数，对应的抗力计算采用材料强度设计值。设计人员必须概念清晰，避免混淆。 32.4 构件尺寸及配筋的合理设计 抗震墙分加强部位和非加强部位，边缘构件分约束边缘构件和构造边缘构件，这两种边缘构件的配筋相差
5、很大，应分别按不同的构造要求进行配筋。对于截面宽度较小的梁，配筋量较大时需放 23 排钢筋，可将梁宽适当放大，尽量布成单排，以增大梁的有效高度。跨度较大的悬臂梁，除角筋外可在跨中切断，既节省钢筋又方便施工。 2.5 合理的构造设计 按构造配置的钢筋，只需满足最小配筋率要求，不必提高其配筋。较大直径钢筋优先采用焊接或机械连接，钢筋搭接和锚固长度应按规范公式进行计算，不必加长。剪力墙结构中存在部分短肢剪力墙时，不应整体提高抗震等级，只需对短肢剪力墙的抗震等级提高一级。 3. 推行结构优化设计存在的困难 3.1 对设计的经济性缺乏考核指标 由于设计工作的特殊性和建筑产品的单一性，不同的工程有各自的特
6、点，难于确定每个工程项目的合理经济指标，所以针对不同项目的设计成果，对设计的经济合理性缺乏明确的量化考核指标。施工图审查单位在审图时，重点是审查设计单位的资质、建设手续、设计施工图是否满足强制性条文和设计规范的要求，强调结构的安全可靠性，而对设计是否经济合理不作审查。 3.2 开发商对优化设计的意识不强 为了获得满意的设计效果，开发商往往愿意花费较长的时间对设计方案进行反复修改，而设计方案一旦确定，对初步设计和施工图设计的4时间往往抓得很紧。特别是结构设计，设计计算和绘图的工作量大，结构施工图又是最先用于施工的，出图时间很紧，结构设计人员往往要连续加班，才能满足业主的出图时间要求。在这种情况下
7、，设计人员根本没时间进行多方案的经济技术比较。 3.3 设计单位对优化设计缺乏动力 由于进行优化设计要付出比常规设计多得多的人力和物力，设计单位即使花费了较多的人力和物力，优化了设计方案，通过多方案经济分析，为业主节约了投资，也不能得到应有的报酬。在设计单位内部管理上，设计人员的收入一般都是与项目的设计费挂钩的，在同一项目上投入的精力越多，设计人员的收入水平必将降低，从而严重挫伤了设计人员对优化设计的积极性。 4. 对推进优化设计的建议 4.1 从政策上鼓励优化设计 审图公司在进行施工图设计文件审查时，除审查设计单位的资质、建设手续、设计施工图满足强制性条文和设计规范的情况等内容外，应将设计的
8、经济合理性作为审查内容之一。政府主管部门应加强对设计市场的管理力度，严格通过资质管理、人员注册、设计招标、图纸审查等环节来规范设计市场，提高设计质量。 4.2 推行设计监理或设计咨询工作 提高设计质量，推进优化设计工作，仅靠政府主管部门的监控和审图公司的施工图审查还远远不够。优化设计的控制重点应在设计过程中。要加强设计过程控制，就必须推进设计监理或设计咨询工作。 54.3 结构优化设计的开展形式 结构优化设计对专业业务能力的要求很高，仅靠开发商自身的力量难于完成，需委托具有丰富的结构设计经验，在结构优化设计方面具有良好业绩的专业人员进行。开展结构优化设计可采取下列三种形式： 4.3.1 从方案
9、设计阶段开始，聘请具有丰富经验的专家作为结构优化设计顾问，在设计全过程提供结构优化的合理化建议，通过过程控制，使结构施工图设计达到经济合理。 4.3.2 在初步设计图纸完成后，进行结构方案优化和构件优化，提出详细的优化后的结构方案、设计参数取值以及各构件的截面尺寸和混凝土强度等级等，与设计院沟通并在施工图设计阶段实施。 4.3.3 在设计院设计施工图完成后，进行优化设计研究，提出详细的结构优化方案、设计参数取值以及各种构件的截面尺寸和混凝土强度等级等，与设计院沟通并修改结构施工图。 5. 结构优化实例分析 多层住宅原设计采用沉管灌注桩，柱下独立桩基承台，承台之间设置基础拉梁。由于该建筑柱的轴力
10、不大，但桩的承载力较大，优化后桩型不变，采用梁下布桩方案，可以使得布桩更加灵活。由于大部分桩均布置在墙下，故承台梁的内力不大，配筋基本接近构造配筋。 6. 结语 6.1 土建结构工程建造成本在整个工程成本构成中占很大的比重，通过结构设计优化降低工程建设成本具有较大的经济价值。 6.2 推进结构优化设计需要政府、开发商和设计单位统一认识，从6政策和经济上给予支持。 6.3 结构优化设计的三种形式，可根据项目具体情况选择应用。 6.4 进行结构优化设计可有效降低多层住宅开发项目土建成本，提高经济效益。 参考文献： l张炳华，侯起.土建结构优化设计，上海：同济大学出版社，1998. 2朱杰江.钢筋混凝土框架优化设计.基建优化.1992， 13（3）： 27-32.
