關(guān)于施工圖階段結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的幾點(diǎn)看法的探討

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

2、;　　關(guān)鍵字：施工圖 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì) </p><p>　　中圖分類號：S611文獻(xiàn)標(biāo)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(kuò)大，建設(shè)企業(yè)之間競爭加劇，對建設(shè)成本控制日益重視，建設(shè)項(xiàng)目全程管理，尤其是對建設(shè)資金的控制已成為建設(shè)企業(yè)的核心競爭力。同時，隨著建筑設(shè)計(jì)市場日

3、趨成熟完善，各設(shè)計(jì)單位對其施工圖的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)控制亦成為其在建筑設(shè)計(jì)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(shè)主管部門同樣要求進(jìn)一步降低建筑單位能耗。故此建筑設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)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(shè)計(jì)的參與方及困境 </p><p>　　根據(jù)當(dāng)前我國建筑設(shè)計(jì)相

4、關(guān)法律法規(guī)規(guī)定，民用建筑設(shè)計(jì)一般需經(jīng)過方案設(shè)計(jì)，初步設(shè)計(jì)，施工圖設(shè)計(jì)三個階段。傳統(tǒng)的建筑設(shè)計(jì)合同要求設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)成果（施工圖等），對設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性要求并不顯著。但隨著建筑市場競爭日益激烈，建筑設(shè)計(jì)市場愈趨完善，現(xiàn)代建筑企業(yè)對設(shè)計(jì)成果的經(jīng)濟(jì)性要求已成為其成本控制的重要環(huán)節(jié)。而設(shè)計(jì)企業(yè)限于國家規(guī)范等相關(guān)行業(yè)規(guī)程及設(shè)計(jì)期限的約束，難以花費(fèi)更多精力進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。故而近些年來出現(xiàn)了一些專門從事優(yōu)化設(shè)計(jì)

5、的公司，他們熟悉相關(guān)設(shè)計(jì)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(shè)成本，從而對建筑設(shè)計(jì)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(jì)利益作為其服務(wù)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(shè)計(jì)企業(yè)存在差異，提出優(yōu)化意見時既難以衡量設(shè)計(jì)合同規(guī)定的設(shè)計(jì)期限帶來的壓力，又難以估計(jì)設(shè)計(jì)修改所需要的人力成本

6、，故其優(yōu)化意見的實(shí)現(xiàn)同樣面臨重重困難。 </p><p>　　面對這樣的設(shè)計(jì)市場新形勢，作為一線設(shè)計(jì)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(yīng)有一些基本認(rèn)識及應(yīng)對措施。 </p><p>　　三、結(jié)構(gòu)選型及計(jì)算模型優(yōu)化 </p><p>　　一般來說，涉及結(jié)構(gòu)選型及計(jì)算模型參數(shù)選取的改變將帶來全面而重大的影響，故應(yīng)在方案設(shè)計(jì)或初步設(shè)計(jì)階段解決。但實(shí)

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(chǔ)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(guān)資料缺失，亦或相關(guān)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(shè)計(jì)范疇，應(yīng)與甲方協(xié)商，全面衡量工期、造價、設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)總體分為兩部

8、分：建立模型計(jì)算分析及依據(jù)計(jì)算結(jié)構(gòu)繪制施工圖。當(dāng)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(jì)算結(jié)果，僅通過改變構(gòu)造做法來實(shí)現(xiàn)一定程度的優(yōu)化。這是設(shè)計(jì)人員優(yōu)化工作的主要內(nèi)容。 </p><p>　　（1）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(jì)算模型都比較明確，計(jì)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(xiàng)通常的優(yōu)化意見是上皮負(fù)筋采用分離式（包括半分離式），下皮通長并均符合計(jì)算值，同時盡量減小板厚。 </p><p>　　從工程實(shí)踐來看，樓板開裂通常更多的是因?yàn)闇囟?，砼收縮等原因?qū)е?，而采取的措施通常也是在關(guān)鍵部位適當(dāng)提高配筋量，配筋方式采用雙層雙向而不是分離式來應(yīng)對。另外，在實(shí)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(dǎo)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(dāng)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(dāng)前主流的計(jì)算分析軟件中若不經(jīng)特別設(shè)置其板筋計(jì)算結(jié)果與普通部位沒有顯著差異，故需人為適當(dāng)加強(qiáng)。 </p><p>　　另外，對大底盤地下室的頂板需要單獨(dú)討論。大底盤地下室頂板具有以下一些特點(diǎn)：1.面積通常較大，且與數(shù)個主樓首層

11、相連，但板面標(biāo)高差異一般均大于600mm，即需要按照錯層或者開洞對待，計(jì)算模型存在邊界效應(yīng)。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(shè)備用房、人防區(qū)域等等，導(dǎo)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(shè)計(jì)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(yīng)力和砼收縮裂縫設(shè)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(dāng)相鄰板塊由于跨度荷載等原因?qū)е掳迮浣钣?jì)算值差異較大時，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(yīng)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(dāng)加強(qiáng)，對后澆帶

13、所在板跨不宜</p><p>　　（3）梁配筋優(yōu)化。梁作為可承受各種荷載的應(yīng)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(fù)雜，與豎向構(gòu)件組合后形成體系效應(yīng)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(luò)圖中上皮跨中不出現(xiàn)負(fù)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(shè)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(yīng)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(dāng)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(yīng)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(dāng)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(xiàng)。通過比較同一計(jì)算模型在是否勾選該選項(xiàng)的兩個計(jì)算結(jié)果后可以發(fā)現(xiàn)：第一，因?yàn)榭紤]翼緣影響僅對梁正截面底筋起作用，而計(jì)算上皮負(fù)筋時不考慮，故程序僅對各梁單元在第五步計(jì)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(jì)入翼緣影響，這是一種節(jié)約軟件運(yùn)行機(jī)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(dá)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(shí)上需要以未考慮翼緣效應(yīng)的結(jié)果來做配筋參考，這樣無疑增加了設(shè)計(jì)校對工作量；第三，這個選項(xiàng)是對模型中所有梁單元均起作用，而事實(shí)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(fù)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(xiàng)做優(yōu)化設(shè)計(jì)時，也不能盲目適用，還應(yīng)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(dān)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(yàn)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(diǎn)。剪力墻的優(yōu)化，關(guān)鍵在其合理的平面布置，關(guān)于這方面的技巧亦早有許多論述。但進(jìn)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(diǎn)感受。 </p><p>　　1.剪力墻長度的優(yōu)化調(diào)整。當(dāng)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(jì)的墻長如何取。若是有建筑的門窗洞口限制，當(dāng)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(diǎn)，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(qiáng)區(qū)以上一層的值，而不是底層。這是因?yàn)?，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(qiáng)區(qū)以上一層，通常已是建筑標(biāo)準(zhǔn)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(qiáng)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(zhǔn)確的達(dá)到優(yōu)化值。當(dāng)然，對于短肢剪力墻宜盡量避免，因?yàn)橐?guī)范對這種情況的剪力墻配筋要求更嚴(yán)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(xì)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(dāng)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(shè)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(xiàng)優(yōu)化措施，在增加設(shè)計(jì)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(fù)雜程度，這與當(dāng)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(jì)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(shè)計(jì)的一個步驟而被越來越多的項(xiàng)目采用。但主持該項(xiàng)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(shè)計(jì)人員，不能人云亦云，而應(yīng)嚴(yán)守職業(yè)道德，本著科學(xué)嚴(yán)