關于施工圖階段結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計的幾點看法的探討

1、<p>　　關于施工圖階段結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計的幾點看法的探討</p><p>　　摘要：施工圖階段結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計是建筑工程優(yōu)化設計的重要環(huán)節(jié)，是建筑企業(yè)有效控制建設成本，提高企業(yè)競爭力的重要方面，也是建筑設計合同中經(jīng)常涉及的重要指標。本文主要針對當前建筑設計企業(yè)施工圖設計階段的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計常見的內(nèi)容進行分析，并對其優(yōu)化效果進行初步探討，以期給相關從業(yè)人員一些借鑒及參考。 </p><p>

2、;　　關鍵字：施工圖 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計 </p><p>　　中圖分類號：S611文獻標識碼： A </p><p><b>　　一、引言 </b></p><p>　　近十多年來，隨著民用建筑市場規(guī)模不斷擴大，建設企業(yè)之間競爭加劇，對建設成本控制日益重視，建設項目全程管理，尤其是對建設資金的控制已成為建設企業(yè)的核心競爭力。同時，隨著建筑設計市場日

3、趨成熟完善，各設計單位對其施工圖的經(jīng)濟指標控制亦成為其在建筑設計市場能否擁有一席之地的重要手段。另外，節(jié)能環(huán)保意識深入人心，國家建設主管部門同樣要求進一步降低建筑單位能耗。故此建筑設計階段的施工圖優(yōu)化已成為各方共識，并在近些年來催生出一個新興行業(yè)，同時亦對設計人員提出了更高的要求。 </p><p>　　二、施工圖階段結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計的參與方及困境 </p><p>　　根據(jù)當前我國建筑設計相

4、關法律法規(guī)規(guī)定，民用建筑設計一般需經(jīng)過方案設計，初步設計，施工圖設計三個階段。傳統(tǒng)的建筑設計合同要求設計企業(yè)（乙方）按照約定時間向建筑企業(yè)（甲方）提供合格的設計成果（施工圖等），對設計的經(jīng)濟性要求并不顯著。但隨著建筑市場競爭日益激烈，建筑設計市場愈趨完善，現(xiàn)代建筑企業(yè)對設計成果的經(jīng)濟性要求已成為其成本控制的重要環(huán)節(jié)。而設計企業(yè)限于國家規(guī)范等相關行業(yè)規(guī)程及設計期限的約束，難以花費更多精力進行優(yōu)化設計。故而近些年來出現(xiàn)了一些專門從事優(yōu)化設計

5、的公司，他們熟悉相關設計規(guī)范，可以為甲方提供優(yōu)化意見以不同程度的降低建設成本，從而對建筑設計市場產(chǎn)生了影響。 </p><p>　　然而，優(yōu)化公司一方面受雇與甲方，把甲方的經(jīng)濟利益作為其服務的根本原則；另一方面優(yōu)化意見卻需要通過乙方的成果（施工圖）體現(xiàn)。雖然其優(yōu)化意見一般均在規(guī)范規(guī)定的范圍內(nèi)，但因其立場與設計企業(yè)存在差異，提出優(yōu)化意見時既難以衡量設計合同規(guī)定的設計期限帶來的壓力，又難以估計設計修改所需要的人力成本

6、，故其優(yōu)化意見的實現(xiàn)同樣面臨重重困難。 </p><p>　　面對這樣的設計市場新形勢，作為一線設計人員，在與甲方及優(yōu)化公司合作的過程中，對常見的一些優(yōu)化意見應有一些基本認識及應對措施。 </p><p>　　三、結(jié)構(gòu)選型及計算模型優(yōu)化 </p><p>　　一般來說，涉及結(jié)構(gòu)選型及計算模型參數(shù)選取的改變將帶來全面而重大的影響，故應在方案設計或初步設計階段解決。但實

7、際工作中，常常在施工圖階段遇到這類全局性的優(yōu)化，諸如基礎形式的改變，豎向構(gòu)件布置的調(diào)整，樓蓋形式的變化等，這多數(shù)是由于建筑功能的重大改變，或前期相關資料缺失，亦或相關審批程序不到位等原因產(chǎn)生的。這類問題原則上不屬于優(yōu)化設計范疇，應與甲方協(xié)商，全面衡量工期、造價、設計力量等因素后妥善處理，本文不再贅述。 </p><p>　　四、結(jié)構(gòu)構(gòu)造方面的優(yōu)化 </p><p>　　結(jié)構(gòu)設計總體分為兩部

8、分：建立模型計算分析及依據(jù)計算結(jié)構(gòu)繪制施工圖。當前結(jié)構(gòu)優(yōu)化主要集中在施工圖優(yōu)化，即依據(jù)同一個計算結(jié)果，僅通過改變構(gòu)造做法來實現(xiàn)一定程度的優(yōu)化。這是設計人員優(yōu)化工作的主要內(nèi)容。 </p><p>　?。?）板配筋優(yōu)化。板配筋量在總含鋼量中所占的比重雖然不大，但也不能忽視，尤其對層數(shù)較多的高層建筑而言，板配筋優(yōu)化有不小的意義。無論單向板或者雙向板，其受力及計算模型都比較明確，計算結(jié)果在常見的板厚及板跨時大多由最小配筋

9、率等構(gòu)造要求控制。故優(yōu)化公司對此項通常的優(yōu)化意見是上皮負筋采用分離式（包括半分離式），下皮通長并均符合計算值，同時盡量減小板厚。 </p><p>　　從工程實踐來看，樓板開裂通常更多的是因為溫度，砼收縮等原因?qū)е?，而采取的措施通常也是在關鍵部位適當提高配筋量，配筋方式采用雙層雙向而不是分離式來應對。另外，在實際施工中由于分離式配筋產(chǎn)生的鋼筋定位偏差或錯漏導致截面有效配筋量不足的問題也屢見不鮮。故此對于常見的多高

10、層民用建筑，下列幾個部位板配筋方式一般宜采用雙層雙向：首層和頂層并適當增加板厚；對平面比較狹長（寬厚比大于4）的兩端開間；豎向交通核及兩側(cè)皆空的連廊；內(nèi)天井等平面開大洞的洞口周邊。這些部位在當前主流的計算分析軟件中若不經(jīng)特別設置其板筋計算結(jié)果與普通部位沒有顯著差異，故需人為適當加強。 </p><p>　　另外，對大底盤地下室的頂板需要單獨討論。大底盤地下室頂板具有以下一些特點：1.面積通常較大，且與數(shù)個主樓首層

11、相連，但板面標高差異一般均大于600mm，即需要按照錯層或者開洞對待，計算模型存在邊界效應。2.頂板的梁柱平面布置受到地下室功能影響并不均勻，諸如車道、坡道、各種設備用房、人防區(qū)域等等，導致板跨不均勻及大量異形板。3.頂板上荷載多樣，分布亦不均勻，例如消防車道、消防登高面等。4.某些荷載在設計時可能未確定，例如園林景觀專業(yè)的局部增厚覆土，大型喬木，孤石等。5.施工階段可能出現(xiàn)的臨時荷載，例如材料堆載，臨時施工電梯，腳手架荷載等。6.為減

12、小溫度應力和砼收縮裂縫設置的若干條施工后澆帶、膨脹帶等。7.由于頂板上一般均有覆土，板面大多屬于二a類環(huán)境，其耐久性問題，裂縫寬度的控制及自防水性亦不容忽視。8.當相鄰板塊由于跨度荷載等原因?qū)е掳迮浣钣嬎阒挡町愝^大時，采用分離式配筋也難以兼顧構(gòu)造要求，往往出現(xiàn)級配相差較大的鋼筋交錯布置，對這種情況的受力性能亦缺乏了解。故此大底盤地下室頂板配筋優(yōu)化不能簡單采取分離式，而應分區(qū)域區(qū)別對待，對主樓與地下室頂板交界處一跨范圍宜適當加強，對后澆帶

13、所在板跨不宜</p><p>　?。?）梁配筋優(yōu)化。梁作為可承受各種荷載的應用最廣泛的水平受力構(gòu)件，幾乎是各種受力體系中不可或缺的組成部分，其受力形式復雜，與豎向構(gòu)件組合后形成體系效應更難以一概而論，本文僅對涉及框架梁配筋構(gòu)造方面常見的優(yōu)化措施稍加討論。 </p><p>　　1.梁上皮縱筋采用通長筋+架立筋方式，下皮縱筋部分（比如第二排）不伸入支座，取0.9ln。這種配筋優(yōu)化方式的依據(jù)是

14、梁的彎矩包絡圖中上皮跨中不出現(xiàn)負彎矩，下皮兩端不出現(xiàn)正彎矩。故該方式適用于非抗震或抗震設防烈度較低的情況，對于中高烈度區(qū)宜慎重，對于高烈度區(qū)不應采用。對剪力墻連梁，高跨比較小的深梁，截面高厚比較大的薄腹梁也不適用。另外，當梁明顯受到扭矩作用時，例如帶雨棚的邊梁或者弧形梁等，亦不宜采用架立筋形式，而應在滿足規(guī)范對抗扭縱筋數(shù)量和布置間距要求的同時適當增加抗扭箍筋的配置。 </p><p>　　2.考慮梁上部翼緣作用以

15、降低梁底筋的配筋量 </p><p>　　新版PKPM軟件SATWE菜單中增加了考慮梁上部翼緣有利影響的可選項。通過比較同一計算模型在是否勾選該選項的兩個計算結(jié)果后可以發(fā)現(xiàn)：第一，因為考慮翼緣影響僅對梁正截面底筋起作用，而計算上皮負筋時不考慮，故程序僅對各梁單元在第五步計算單元內(nèi)力并配筋時才考慮翼緣作用，而不是在組裝總剛度矩陣時就計入翼緣影響，這是一種節(jié)約軟件運行機時，提高效率的做法；第二，在輸出結(jié)果中對某些梁截

16、面配筋達到某特定條件時自動將梁替換成steel單元（具體條件還需咨詢軟件開發(fā)單位），這也是程序開發(fā)范疇的簡化處理，但對用戶來說事實上需要以未考慮翼緣效應的結(jié)果來做配筋參考，這樣無疑增加了設計校對工作量；第三，這個選項是對模型中所有梁單元均起作用，而事實上某些梁沒有或者需折減翼緣的有利作用，例如上翻梁（即倒T型梁）等；第四，考慮翼緣作用對主要承受豎向荷載的梁比較適用，而對可能承受往復水平作用的梁（典型的如剪力墻連梁），亦并不合理。故在考慮

17、采用該選項做優(yōu)化設計時，也不能盲目適用，還應加以區(qū)別對待。 </p><p>　?。?）剪力墻配筋優(yōu)化。剪力墻作為一種結(jié)構(gòu)受力構(gòu)件，不但能承受豎向作用，同時還能有效承擔水平作用，其布置靈活，與梁板柱等構(gòu)件搭配后可使得結(jié)構(gòu)體系千變?nèi)f化，很好的滿足建筑功能要求，適用性極廣，這方面的經(jīng)驗早已浩如煙海，本文不再贅述。從結(jié)構(gòu)優(yōu)化角度來說，剪力墻因其體量大，也是各種常見結(jié)構(gòu)構(gòu)件中優(yōu)化效果最明顯，對綜合含鋼量影響最大的因素，故

18、此常常成為優(yōu)化工作的重點。剪力墻的優(yōu)化，關鍵在其合理的平面布置，關于這方面的技巧亦早有許多論述。但進入施工圖階段，再對結(jié)構(gòu)體系做較大調(diào)整為時已晚，下面就針對這個階段的優(yōu)化談幾點感受。 </p><p>　　1.剪力墻長度的優(yōu)化調(diào)整。當確定建筑平面中某個位置需要布置剪力墻后，接下來的問題就是最經(jīng)濟的墻長如何取。若是有建筑的門窗洞口限制，當然可以取至洞口邊緣，若無限制時，墻長的下限一般首先考慮8倍墻厚多一點，即短肢剪

19、力墻的上限，經(jīng)過一輪試算后，通過觀察軸壓比，來調(diào)整墻長。這里要特別指出的是，這時軸壓比可以看三、四層或者底部加強區(qū)以上一層的值，而不是底層。這是因為，首先底層或者一層，由于建筑功能的變化，常作為公共空間，且外立面亦多采用干掛石材，其對墻長墻厚的變化有一些余量；其次，底部加強區(qū)以上一層，通常已是建筑標準層，對結(jié)構(gòu)布置的限制與以上各樓層相比變化不大；再次，該層也常是砼強度等級變化的位置。故該層常常出現(xiàn)剪力墻軸壓比超限，暗柱超筋等問題。以該層

20、作為確定墻長的依據(jù)，可以比較快速準確的達到優(yōu)化值。當然，對于短肢剪力墻宜盡量避免，因為規(guī)范對這種情況的剪力墻配筋要求更嚴格；而對于一字型剪力墻，其兩端盡量增加端柱或翼墻，這樣可有效減小lc的長度。 </p><p>　　2.剪力墻配筋優(yōu)化。剪力墻無論墻身還是暗柱配筋，各本規(guī)范都做了明確細致的規(guī)定，且大多數(shù)情況均由構(gòu)造要求控制，并無多少優(yōu)化余地。當前多數(shù)優(yōu)化意見僅是對個別條文的逐字“優(yōu)化”，諸如：框架剪力墻中墻身豎

21、向及水平筋采用10/8間隔以符合規(guī)范條文規(guī)定；剪力墻結(jié)構(gòu)中剪力墻與樓面相交處未明確是否需要增設暗梁；墻體中的水平拉筋在滿足配箍率的條件下采用單肢而不是方箍等。這些措施看似微小，但整體算來也頗為可觀。 </p><p>　　最后值得一提的是，上述對梁板墻的各項優(yōu)化措施，在增加設計人員工作量的同時亦提高了施工環(huán)節(jié)的人工成本，及監(jiān)理、甲方等現(xiàn)場管理的復雜程度，這與當前以“效率優(yōu)先”為核心競爭力的現(xiàn)代企業(yè)管理理念在一定程

22、度上存在矛盾，其優(yōu)化效果對各方主體的最終經(jīng)濟效益還有待更多的總結(jié)交流。 </p><p><b>　　四、結(jié)論 </b></p><p>　　目前,結(jié)構(gòu)優(yōu)化——尤其是施工圖階段結(jié)構(gòu)優(yōu)化——以成為工程設計的一個步驟而被越來越多的項目采用。但主持該項工作的專業(yè)優(yōu)化公司所提出的優(yōu)化意見由于種種原因未必是“最優(yōu)”的。作為結(jié)構(gòu)設計人員，不能人云亦云，而應嚴守職業(yè)道德，本著科學嚴