淺談建筑結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)與優(yōu)化設(shè)計(jì)

李杰

摘 要：“白銀”時(shí)代的房地產(chǎn)行業(yè)，如何彎道超車，實(shí)現(xiàn)逆勢(shì)突破，既能脫穎而出，還能優(yōu)雅前行。市場(chǎng)決定產(chǎn)品的方向，同時(shí)精細(xì)化設(shè)計(jì)，控制成本也已成為企業(yè)盈利的重要手段。

關(guān)鍵詞：建筑;建筑設(shè)計(jì);結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

文章編號(hào)：2095-4085（2020）09-0016-02

住宅產(chǎn)品的不斷升級(jí)更新，技術(shù)的復(fù)雜性不斷增大，設(shè)計(jì)規(guī)范、地方標(biāo)準(zhǔn)等要求的不斷提高，使得結(jié)構(gòu)工程在實(shí)現(xiàn)建筑空間和效果方面，扮演越來越重要的角色。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)管理應(yīng)貫穿產(chǎn)品整個(gè)生命周期。

1 概念設(shè)計(jì)

概念設(shè)計(jì)是展現(xiàn)先進(jìn)設(shè)計(jì)思想的關(guān)鍵。其中建筑結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)指不經(jīng)模型和數(shù)值計(jì)算，尤其在一些難以作出精確理性分析或在規(guī)范中難以具體規(guī)定的問題中，依據(jù)整體結(jié)構(gòu)體系與分體系之間的力學(xué)關(guān)系、結(jié)構(gòu)破壞機(jī)理、震害、試驗(yàn)現(xiàn)象和工程經(jīng)驗(yàn)所獲得的基本設(shè)計(jì)原則和設(shè)計(jì)思想，從整體的角度來確定建筑結(jié)構(gòu)的總體布置和抗震細(xì)部措施的宏觀控制。運(yùn)用概念設(shè)計(jì)方法，可以在建筑設(shè)計(jì)的方案階段迅速、有效地對(duì)結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行構(gòu)思、比較與選擇。所得方案往往概念清晰、定性正確、經(jīng)濟(jì)合理，可以避免后期設(shè)計(jì)階段出現(xiàn)較大問題和修改，進(jìn)而影響設(shè)計(jì)、施工周期，延遲銷售，消耗資金成本。

（1）根據(jù)建筑方案要求，依據(jù)規(guī)范，按各種結(jié)構(gòu)形式的不同特點(diǎn)及適用范圍，確定不同的結(jié)構(gòu)體系，如框架、剪力墻、框剪、框筒、筒體以及其他復(fù)雜結(jié)構(gòu)形式。

（2）根據(jù)建筑高度、復(fù)雜程度和不規(guī)則程度提前判斷項(xiàng)目是否需要報(bào)超限審查。需要進(jìn)行超限審查的建筑項(xiàng)目土建成本會(huì)迅速增加，同時(shí)設(shè)計(jì)周期延長(zhǎng)，影響項(xiàng)目開竣工時(shí)間，增加資金成本投入。概念設(shè)計(jì)階段應(yīng)結(jié)合專業(yè)知識(shí)，盡可能通過調(diào)整建筑平面的規(guī)則性、樓板開洞的大小和位置，收進(jìn)及懸挑、設(shè)縫位置、豎向構(gòu)件布置的均勻、合理程度和上下連續(xù)性，同時(shí)和建筑、設(shè)備各專業(yè)充分交流溝通，提前進(jìn)行設(shè)計(jì)改進(jìn)，避免超限審查。

（3）根據(jù)建筑物的方案設(shè)計(jì)和場(chǎng)地的地質(zhì)條件，選擇合理的地庫(kù)平面布置方案和相應(yīng)的基礎(chǔ)形式。例如：“信達(dá)華宇錦繡龍川府”項(xiàng)目，方案原設(shè)計(jì)為二層地下車庫(kù)（局部負(fù)二層，負(fù)二層位于場(chǎng)地南側(cè)），項(xiàng)目高層住宅區(qū)位于場(chǎng)地內(nèi)北側(cè)，洋房住宅區(qū)位于場(chǎng)地內(nèi)南側(cè)。概念設(shè)計(jì)過程通過對(duì)地勘報(bào)告提供的土層孔點(diǎn)信息進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)地勘報(bào)告數(shù)據(jù)顯示場(chǎng)地內(nèi)土層分布不均勻，場(chǎng)地南側(cè)與北側(cè)持力層深度相差3m多。現(xiàn)行方案南側(cè)洋房區(qū)負(fù)二層地庫(kù)基礎(chǔ)底板可直接進(jìn)入持力層，但北側(cè)高層區(qū)負(fù)一層車庫(kù)基礎(chǔ)底板無法進(jìn)入持力層。若維持現(xiàn)方案，高層區(qū)基礎(chǔ)需采用樁基或?qū)⒏邔踊A(chǔ)筏板降至持力層，超出基底標(biāo)高采用結(jié)構(gòu)空箱，以實(shí)現(xiàn)原方案，但無效成本增加較多。結(jié)合地勘報(bào)告提供的數(shù)據(jù)，通過和建筑專業(yè)、營(yíng)銷部門溝通后，經(jīng)測(cè)算洋房住宅區(qū)負(fù)一層附近車位已滿足洋房業(yè)主車位配比，高層住宅區(qū)業(yè)主購(gòu)買負(fù)二層（洋房區(qū)）后，歸家動(dòng)線較遠(yuǎn)，去化難度大。概念設(shè)計(jì)過程中對(duì)原方案地庫(kù)負(fù)二層位置進(jìn)行調(diào)整，由原場(chǎng)地內(nèi)南側(cè)調(diào)整到北側(cè)，高層住宅區(qū)調(diào)整為二層地庫(kù)，洋房住宅區(qū)調(diào)整為一層地庫(kù)，經(jīng)核對(duì)項(xiàng)目所有單體和地庫(kù)基底標(biāo)高均可進(jìn)入持力層，大幅減小無效成本，同時(shí)有效解決地庫(kù)車位去化問題。經(jīng)成本測(cè)算，僅土方開挖節(jié)約成本200多萬。

（4）產(chǎn)品設(shè)計(jì)應(yīng)積極調(diào)研、探索應(yīng)用新工藝，勇于創(chuàng)新，不能由于害怕承擔(dān)創(chuàng)新責(zé)任，而放棄使用新的工藝。在概念方案設(shè)計(jì)階段，根據(jù)項(xiàng)目的特殊性選用合理經(jīng)濟(jì)的新技術(shù)。例如“信達(dá)華宇錦繡花城”項(xiàng)目A地塊，地庫(kù)層高較大，地庫(kù)自重不滿足抗浮設(shè)計(jì)要求，需被動(dòng)增設(shè)抗浮措施?？紤]到本項(xiàng)目工期緊，資金緊張的原因，結(jié)合項(xiàng)目地勘報(bào)告提供的數(shù)據(jù)，在概念設(shè)計(jì)階段引進(jìn)“變直徑鋼筋籠抗拔抗拉錨桿”的設(shè)計(jì)方案，通過后期施工圖設(shè)計(jì)優(yōu)化比較，采用傳統(tǒng)抗浮錨桿設(shè)計(jì)，需施工778根，錨桿總長(zhǎng)7391m;采用變直徑鋼筋籠抗拔抗拉錨桿設(shè)計(jì)，需施工282根，錨桿總長(zhǎng)1974m，成本節(jié)約13萬，節(jié)約35%的工期（該地塊地庫(kù)需采取抗浮措施面積為5161.4m2）。

2 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)是指在滿足各種規(guī)范或某些特定要求的條件下，使建筑結(jié)構(gòu)的某種指標(biāo)（如含鋼量、混凝土用量、綜合造價(jià)、工期等）為最佳的設(shè)計(jì)方法，要綜合分析比較，擇優(yōu)選擇。

2.1 鋼筋級(jí)別選擇與造價(jià)的關(guān)系

采用什么級(jí)別的鋼筋應(yīng)從以下三個(gè)方面來考慮。

1.最小配筋率;2.是否內(nèi)力計(jì)算控制配筋;3.施工的方便性。

2.2 混凝土強(qiáng)度等級(jí)選擇與造價(jià)的關(guān)系

剪力墻、柱：受壓構(gòu)件，構(gòu)造配筋率相同，則截面大小決定配筋量和造價(jià)，軸壓比相同的前提下，混凝土強(qiáng)度等級(jí)越高則截面越小，配筋量越小，造價(jià)越省。

梁、板：受彎構(gòu)件，構(gòu)造配筋率隨混凝土強(qiáng)度等級(jí)提高而增大，且強(qiáng)度等級(jí)高低一般來說對(duì)梁板配筋計(jì)算結(jié)果影響較小，所以越低越省。

2.3 剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)化

（1）剪力墻的布置原則：建筑物周邊（尤其角部）重點(diǎn)考慮、對(duì)齊、簡(jiǎn)單、均衡、對(duì)稱、多用‘L‘T型截面墻，少用一字墻。

（2）優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)敏感參數(shù)：周期折減系數(shù)、連梁剛度折減系數(shù)、梁剛度增大系數(shù)、梁配筋考慮壓筋的影響、梁計(jì)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(guān)系如下。據(jù)統(tǒng)計(jì)按規(guī)范規(guī)定的彈性層間位移角限值差不多時(shí)，結(jié)構(gòu)的抗側(cè)力構(gòu)件布置數(shù)量較為合理。

2.4 樁基礎(chǔ)的優(yōu)化

（1）從上部結(jié)構(gòu)到樁之間的荷載傳遞路徑越短，承臺(tái)受力越小、越均勻、費(fèi)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(jì)算不易滿足要求，可通過把與基礎(chǔ)相連的那一層地下室范圍內(nèi)的墻肢延長(zhǎng)到樁對(duì)邊外側(cè)予以處理，樁身宜全落在墻體范圍內(nèi)。

（2）平面布樁盡量避免少數(shù)樁反力較大，而被動(dòng)提高整體樁承載力要求。 可以通過局部增設(shè)樁或者對(duì)上部結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，使得樁反力基本均勻，承載力都得到較充分的發(fā)揮和利用。

3 結(jié) 語

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)管理是一項(xiàng)比較枯燥同時(shí)又是責(zé)任重大的專項(xiàng)設(shè)計(jì)工作，對(duì)于房地產(chǎn)企業(yè)而言，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)管理既能給建筑功能和效果的實(shí)現(xiàn)予以支撐，又能在過程管理中對(duì)建造成本進(jìn)行有效控制，對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)管理給與足夠的關(guān)注，避免與建筑、設(shè)備各專業(yè)的矛盾，減少產(chǎn)品質(zhì)量隱患，提升產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力，節(jié)約造價(jià)，提高項(xiàng)目效益等方面都具有較大的價(jià)值體現(xiàn)空間。

參考文獻(xiàn)：

[1]GB 50010-2010，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2]GB 50007-2011，建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].