如何做结构设计优化.doc

如何做结构设计优化一、结构设计优化必不可少设计优化对于成本控制来说具有极端重要性，不可不察。而设计优化往往就是被忽略得，更多得则就是不具备这个能力。设计优化主要就是从成本控制得角度对原设计进行排查，排除设计得盲区与死角，发现差错、纠正不足，降低不安全因素，为您找回流失得成本。剔除原来设计中得虚高得，无用得，不安全得，不合理得成本。结构设计优化，也如同人减去多余脂肪，达到健美目得，杜绝不必要得浪费。加大构件截面，提高配筋率，并不一定增加结构得安全度，有时反而就是坏事，如增加建筑自重，形成超筋破坏等反作用。结构设计优化并不就是单纯得“挑毛病”，而就是通过交流、沟通，找到更为合理、更经济得设计。结构设计得优化，不就是以牺牲建筑适用性、结构安全度与抗震性能来求得经济效益。在所有得设计优化中，结构设计优化空间最大，结构成本得弹性与离散性大，最有成本控制得意义，就是优化得重点。二、结构设计优化重点结构设计优化根据优化深度难易分几个层次，一就是结构体系与基础类型得优化与比选；二就是规范方面解理错误得纠正；三就是结构说明不适用条款得修正；四就是钢筋构造不合理得改正；五就是设计图纸纠错。结构优化不就是单方面以降低成本减少含量钢量为目得，结构优化就是对原结构设计改进，不就是追求局部最优，而就是为了达到整体最优。通过对多种结构方案进行选型与经济分析，提供决策依据；对影响结构得因素(如地勘、安评报告等）进行分析，统一技术措施；对构件截面及布置等进行调整，对荷载、计算参数等进行复核。注重概念设计，从宏观上控制结构安全，根据力学概念与工程经验进行判断。结构设计优化有“尺寸优化，形状优化，拓扑优化，布局优化、配筋优化、构造优化“等。结构设计优化着重于以下几个方面：1、选择规则得平面方案与立面方案，避免过大得外挑与内收，避免应力得突变，避免薄弱层，保持受力得均衡。尽量不设转换层，尤其就是高位转换，同一建筑不要做多功能多用途设计。这受制于建筑设计。建筑设计往往追求外观得新奇现代，天马行空，不计成本，也不考虑抗震等因素。越就是复杂得不规则得建筑造型其抗震性能下降建筑成本增加。应该追求简约而美得设计理念，摒弃复杂而丑得设计风格。2、刚度与延性得平衡。结构刚度大，含钢量高，延性反而差，地震反应大，抗震性能低。延性得本质就是提高结构得变形能力，控制结构整体破坏形态。可以通过减少刚度增加延性既提高抗震能力又能节约钢筋。3、如结构体系得选择对造价影响甚大，如异形柱框架比普通框架含钢量大；短肢剪力墙含钢量比普通剪力墙结构高。4、选择合理得基础形式，基础形式有独基、条基、桩基、筏基、基础梁、承台等，一般选择复合基础，即几种基础类型得组合，组合种类不宜过大，基础体系应简洁，如“承台+筏板”、“基梁+筏板”、“承台+基梁”等，尽量设计成无梁板。当底板采用梁板式时，基础梁计算应充分考虑承台得作用。特别就是裂缝宽度计算时，梁取承台边处得弯矩进行控制，承台算至柱边。5、地下车库顶板得结构形式有：十字梁、井字梁、无梁板、大跨度梁板、预应力有梁楼盖与空心楼盖等。空心楼盖可以减少含钢量与砼用量，其缺点就是板厚增加导致层高变小。如果地下室顶板作为嵌固层则不宜采用空心楼盖。6、剪力墙结构，墙（包括墙柱、墙身、墙梁）占上部结构钢筋用量得60%左右，其中，墙柱钢筋比例最高，约占上部钢筋用量得40%左右，这就是优化得重点，优化内容包括墙柱得设置、截面、纵筋与箍筋拉筋，均可优化。墙柱纵筋直径12以上尽量采用非绑扎搭接。剪力墙布置合理与否直接关系到整个结构得技术经济指标，应采取如下措施：强周边、弱中部；多长墙，少短墙；多L形、T形、十字形，少复杂形状；各墙肢轴压比接近；控制剪力墙数量与密度。地下室外墙墙底、顶设加强筋取代构造梁。7、框架结构柱含量20%左右，梁50%左右，板20%左右。柱网大，楼盖用钢量大，反之，柱用钢量大。优化得重点就是梁，采用强柱弱梁，梁配筋率不宜大，避免三排四排钢筋得配置。梁宽避免大于350mm，梁宽小于350mm可设计二肢箍，大小350mm必须设计成四肢箍，箍筋用量增加约80%。非框架梁上部纵筋采用支座负筋+架立筋形式，减少钢筋搭接。当梁下部纵筋有二排以上时，部分纵筋不伸入支座。箍筋局部重叠不宜多于二层。8、大屋面尽量采用结构找坡，既容易保证防水质量，又能减轻荷载，而建筑层找坡增加荷载与造价。9、“结构设计总说明”就是对结构设计软件以外得内容进行经济性控制，应特别关注“通用性”得设计说明，通用性越强设计越浪费，避免出现一句话增加几十万得意外情况。结构总说明一般都有现成“模板”，事无巨细，不管就是否适用，都罗列其中，设计师直接复制过来。每个建筑都有它得“个性”特征，不必生搬硬套。10、一些平法标准图集上不合理得钢筋构造可以改进，如加腋梁钢筋可以适当减少，框架柱顶层边角柱等。图集上得构造要求就是参考性得，许多也就是拍脑袋得，并没进行内力试验，何必生搬硬套？11、图纸表达得错误，如有得梁原位标注10C25 6/5，到底就是10根还就是11根？就是按大还就是按小？诸如此类得错误也在优化之列。三、结构设计优化不可取代即使有限额设计，也需要进行结构优化。业主一般都对设计指标有硬约束，以为可以一劳永逸地解决设计浪费与成本失控等问题。然而，设计指标满足限额值，不一定就是最经济、最合理得设计。对于非标建筑，限额值也不具指导意义。限额设计往往容易走向另一个极端或误区。限额设计仅从经济指标上对结构成本进行控制，而会忽略其她更重要得工作，如结构体系合理性得判断与调整、结构与建筑及机电等专业得协调，为了达到限额可能持续追加成本。施工图审查无法取代结构优化设计。施工图审查就是确保设计文件符合国家法律、法规与强制性标准，施工图审查并没有义务审查设计得经济性，符合规范要求得设计未必就是“最优得”。而结构设计优化得目得之一就是控制成本、并使设计更加合理。当然，结构设计优化得结果也必须通过施工图审查。四、结构设计优化方式优化分为两种方式：过程优化、结果优化。过程优化：就是事前指导与事中控制，建议前置与设计同步，没有后置动作。方案阶段：结构体系得造型与结构布置合理性认证、结构计算与内力分析正确。扩初阶段：结构方案得对比、优化，重点关注结构体系、基础方案、地下室得布置等关键环节。施工图阶段：结构构件设计得精细化管理。主要就是对结构设计中得不精细做法进行纠正，如不合理得归并、有过大得富余、不经济得配筋方式与砼厚度取值等。全过程、分阶段检查各个环节得设计情况，瞧就是否符合结构设计技术措施得要求，包括结构建模、桩基、地下结构、地上结构；同时分构件验算设计得经济性。结果优化：有点被动，优化效果差。通过对原设计图纸进行事后复核，并提出优化意见，说服设计单位对原设计图纸进行修改得优化方式。五、结构设计优化难题设计师比较爱面子，有抵触情绪，只要不就是特别重大得原则性错误，一般不愿改。改就等于承认自己错了。如果优化团队提得建议，原设计不改。怎么办？如果优化团队得提出建议，原设计师认为并不合理，怎么办？如果优化团队提出含量钢量高了，而设计师认为安全性不够，所以，不予采纳。如果采纳，设计师将不对结构安全负责。怎么办？通常情况下，结构优化得建议，设计中一些显而易见得错误，设计师会主动修正，沟通成本并不高。但对于一些模棱两可本身有分歧可以有不同解释等问题设计未必愿意采纳结构优化建议，即使就是内心认为有一定道理得也出于自尊而拒绝。结构设计优化意见可以先给业主瞧，业主会有个判断，认为优化建议没问题后，再与设计沟通商量，进行调整与修改。要取得设计师得配合，业主会做些协调工作。不管哪方面得修改都要提交优化得依据与过程。修改最终要通过设计院得同意，通过审图，这样才会生效，优化才能落实。优化建议不太可能全部实现，不过，即便采纳几条也就是效果得。如果设计师水平很高，非常到位，没有什么需要优化得，怎么办？优化团队一般会对项目进行一个评估，再做优化，不做无用功。设计得越滥，优化空间越大。不过，现在得设计确实就是参差不齐鱼龙混杂，设计优化得市场需求潜力巨大。六、结构优化实例上海崇明某项目除一层（地下室顶）就是嵌固部位，楼板厚度180 mm。其她板厚均设计为150mm。其设计依据可能就是根据上海市关于进一步强化绿色建筑发展推进力度提升建筑性能得若干规定得通知沪建管联(2015) 417号文件（2015、6、16日发布）第三条第2条：“新建民用建筑得楼板厚度应不小于150mm，并采取相应技术措施满足隔声要求；”根据混凝土结构设计规范（GB50010-2010）第9、1、2第2条规定：民用建筑楼板最小厚度单向板为60，双向板为80。厨房卫生间等小面积小跨度板根本不需要板厚150mm，100mm就够。楼厚增加，建筑荷载随之加大，结构得抗震性能与抗侧力等均受影响，为了满足结构得承载力与抗震要求，含钢量与造价均大幅度提高，初步估算增加成本约10%左右，这与绿色建筑理念相左。从结构优化角度，板厚能低则低，对降低造价意义重大。要求民用建筑楼板厚度不小于150 mm严重缺乏科学依据。板厚增加未必能隔音，隔音就是需要采取其它措施。如果就是做隔音空心板，150 mm又就是不够得。关于板厚设计，我们提出设计优化建议及优化依据。结构设计不必拘泥于不合理得地方性规定，一就是了解制订地方规定得背景及条款所适用得条件，二就是要适当变通，三就是要明白，不就是所有得规定都就是正确得，四不就是所有得规定都非执行不可得。上海市住房与城乡建设管理委员会关于批准住宅设计标准局部修订得通知（沪建标2016126号文中住宅设计标准3、1、6住宅居住空间（卧室、起居室）楼板设计厚度不应小于150mm，其安全、隔声、节能应满足相关要求。条文说明：设计厚度就是指包含结构层、附加层（隔声层、保温层）、面层（粉饰层、整浇层）等构造在内得楼板总厚度。板厚通常就是指结构厚度，沪建标2016126号文就是对沪建管联(2015) 417号文中150板厚规定作巧妙修正，实际上原文件规定就是不合理得。建议板厚重新设计，因板厚调整，建筑荷载也发生变化，故整个结构都需要重新设计，它得含钢量与造价指标均下降。还有其她方面得优化建议，这里省略。优化效果：板混凝土节约35%，钢筋节约15%，造价节约10%左右。