浅谈建筑结构概念设计与优化设计

李杰

摘 要：“白银”时代的房地产行业，如何弯道超车，实现逆势突破，既能脱颖而出，还能优雅前行。市场决定产品的方向，同时精细化设计，控制成本也已成为企业盈利的重要手段。

关键词：建筑;建筑设计;结构优化设计

文章编号：2095-4085（2020）09-0016-02

住宅产品的不断升级更新，技术的复杂性不断增大，设计规范、地方标准等要求的不断提高，使得结构工程在实现建筑空间和效果方面，扮演越来越重要的角色。结构设计管理应贯穿产品整个生命周期。

1 概念设计

概念设计是展现先进设计思想的关键。其中建筑结构概念设计指不经模型和数值计算，尤其在一些难以作出精确理性分析或在规范中难以具体规定的问题中，依据整体结构体系与分体系之间的力学关系、结构破坏机理、震害、试验现象和工程经验所获得的基本设计原则和设计思想，从整体的角度来确定建筑结构的总体布置和抗震细部措施的宏观控制。运用概念设计方法，可以在建筑设计的方案阶段迅速、有效地对结构体系进行构思、比较与选择。所得方案往往概念清晰、定性正确、经济合理，可以避免后期设计阶段出现较大问题和修改，进而影响设计、施工周期，延迟销售，消耗资金成本。

（1）根据建筑方案要求，依据规范，按各种结构形式的不同特点及适用范围，确定不同的结构体系，如框架、剪力墙、框剪、框筒、筒体以及其他复杂结构形式。

（2）根据建筑高度、复杂程度和不规则程度提前判断项目是否需要报超限审查。需要进行超限审查的建筑项目土建成本会迅速增加，同时设计周期延长，影响项目开竣工时间，增加资金成本投入。概念设计阶段应结合专业知识，尽可能通过调整建筑平面的规则性、楼板开洞的大小和位置，收进及悬挑、设缝位置、竖向构件布置的均匀、合理程度和上下连续性，同时和建筑、设备各专业充分交流沟通，提前进行设计改进，避免超限审查。

（3）根据建筑物的方案设计和场地的地质条件，选择合理的地库平面布置方案和相应的基础形式。例如：“信达华宇锦绣龙川府”项目，方案原设计为二层地下车库（局部负二层，负二层位于场地南侧），项目高层住宅区位于场地内北侧，洋房住宅区位于场地内南侧。概念设计过程通过对地勘报告提供的土层孔点信息进行分析，发现地勘报告数据显示场地内土层分布不均匀，场地南侧与北侧持力层深度相差3m多。现行方案南侧洋房区负二层地库基础底板可直接进入持力层，但北侧高层区负一层车库基础底板无法进入持力层。若维持现方案，高层区基础需采用桩基或将高层基础筏板降至持力层，超出基底标高采用结构空箱，以实现原方案，但无效成本增加较多。结合地勘报告提供的数据，通过和建筑专业、营销部门沟通后，经测算洋房住宅区负一层附近车位已满足洋房业主车位配比，高层住宅区业主购买负二层（洋房区）后，归家动线较远，去化难度大。概念设计过程中对原方案地库负二层位置进行调整，由原场地内南侧调整到北侧，高层住宅区调整为二层地库，洋房住宅区调整为一层地库，经核对项目所有单体和地库基底标高均可进入持力层，大幅减小无效成本，同时有效解决地库车位去化问题。经成本测算，仅土方开挖节约成本200多万。

（4）产品设计应积极调研、探索应用新工艺，勇于创新，不能由于害怕承担创新责任，而放弃使用新的工艺。在概念方案设计阶段，根据项目的特殊性选用合理经济的新技术。例如“信达华宇锦绣花城”项目A地块，地库层高较大，地库自重不满足抗浮设计要求，需被动增设抗浮措施。考虑到本项目工期紧，资金紧张的原因，结合项目地勘报告提供的数据，在概念设计阶段引进“变直径钢筋笼抗拔抗拉锚杆”的设计方案，通过后期施工图设计优化比较，采用传统抗浮锚杆设计，需施工778根，锚杆总长7391m;采用变直径钢筋笼抗拔抗拉锚杆设计，需施工282根，锚杆总长1974m，成本节约13万，节约35%的工期（该地块地库需采取抗浮措施面积为5161.4m2）。

2 结构优化设计

结构优化设计是指在满足各种规范或某些特定要求的条件下，使建筑结构的某种指标（如含钢量、混凝土用量、综合造价、工期等）为最佳的设计方法，要综合分析比较，择优选择。

2.1 钢筋级别选择与造价的关系

采用什么级别的钢筋应从以下三个方面来考虑。

1.最小配筋率;2.是否内力计算控制配筋;3.施工的方便性。

2.2 混凝土强度等级选择与造价的关系

剪力墙、柱：受压构件，构造配筋率相同，则截面大小决定配筋量和造价，轴压比相同的前提下，混凝土强度等级越高则截面越小，配筋量越小，造价越省。

梁、板：受弯构件，构造配筋率随混凝土强度等级提高而增大，且强度等级高低一般来说对梁板配筋计算结果影响较小，所以越低越省。

2.3 剪力墙结构的优化

（1）剪力墙的布置原则：建筑物周边（尤其角部）重点考虑、对齐、简单、均衡、对称、多用‘L‘T型截面墙，少用一字墙。

（2）优化结构设计敏感参数：周期折减系数、连梁刚度折减系数、梁刚度增大系数、梁配筋考虑压筋的影响、梁计算配筋考虑楼板的翼缘作用等。

（3）抗震性能与材料用量的关系如下。据统计按规范规定的弹性层间位移角限值差不多时，结构的抗侧力构件布置数量较为合理。

2.4 桩基础的优化

（1）从上部结构到桩之间的荷载传递路径越短，承台受力越小、越均匀、费用越低。所以桩最好布置在墙、柱下。不要在墙柱的近距离布置，否则冲切计算不易满足要求，可通过把与基础相连的那一层地下室范围内的墙肢延长到桩对边外侧予以处理，桩身宜全落在墙体范围内。

（2）平面布桩尽量避免少数桩反力较大，而被动提高整体桩承载力要求。 可以通过局部增设桩或者对上部结构进行优化调整，使得桩反力基本均匀，承载力都得到较充分的发挥和利用。

3 结 语

结构设计管理是一项比较枯燥同时又是责任重大的专项设计工作，对于房地产企业而言，结构设计管理既能给建筑功能和效果的实现予以支撑，又能在过程管理中对建造成本进行有效控制，对结构设计管理给与足够的关注，避免与建筑、设备各专业的矛盾，減少产品质量隐患，提升产品竞争力，节约造价，提高项目效益等方面都具有较大的价值体现空间。

参考文献：

[1]GB 50010-2010，混凝土结构设计规范[S].

[2]GB 50007-2011，建筑地基基础设计规范[S].