探讨建筑结构优化设计的重要性

探讨建筑结构优化设计的重要性

詹齐涛

武汉大桥实业集团有限公司

湖北省武汉市

430014

摘要：阐述了结构优化的必要性和重要性，表明结构优化在建筑设计全过程中的意义，在行业过度竞争背景下能实现降本增效。然后结合设计全流程介绍了优化设计的业务模式、优化范围和成果确认方式。最后从结构模型、基础选型、基坑支护等不同维度详细说明了优化设计的要点，给行业发展和从业人员给到较高价值的参考。

关键词：建筑结构优化；降本增效；咨询应用

引言

建筑设计行业本身是一个过度竞争的行业，在长达二十多的发展过程中已经形成了一套成熟的产业链条，流程清晰，业主提出功能和限额要求，设计院按要求做设计，但在资金压力下业主方往往追求的是出图速度，忽视了经济性和合理性。随着房地产市场的深刻调整，建筑行业尤其是民用建筑行业开始进入下半场，以前高周转的“高举快打”模式已经不适应现在的市场，因此优化设计的重要性开始凸显，可以实现在同样的投资下取得更高的收益，是典型意义上的降本增效，符合国家提倡的节能减排要求，为国家实现“碳中和”和“碳达峰”贡献力量。

1建筑结构优化设计背景

优化设计的概念最早起源于海外发达国家，是工程咨询中的一个分项，又叫做设计咨询，优化设计是其中的主要内容。改革开放以来国内各种大型项目陆续上马，如火如荼建设，各建设单位开始学习国外先进的工程项目管理经验，开始引入咨询单位对设计图纸进行全方位咨询，提高图纸质量，实现投资和收益的平衡，取得了良好的经济效益。但也有项目因为过度优化而发生质量安全事故，因此部分业主单位对优化心存疑虑，不敢贸然聘请此类单位。

随着行业发展的成熟，优化咨询单位如雨后春笋般出现，从地域上讲沿海地区最为发达，各种民营咨询单位层出不穷；从来源上讲，大部分人才都是以前设计院的设计师出身，他们对整个优化过程更为熟悉，技术把控更为到位；从社会影响上讲，优化咨询已经深入人心，很多投资公司，尤其是房地产公司已经把优化设计作为项目前期的标准配置。

2结构优化在建筑设计中的重要性

全球气候变暖，节能减排势在必行，国家宏观政策层面上，2030年前实现碳达峰,其中,到2025年,基本形成绿色低碳循环发展经济体系,重点行业能源利用率显著提高。碳中和的目标时期是2060年之前,到2060年前,全面建立绿色低碳循环发展的经济体系和清洁低碳安全高效的能源体系。

从行业基本面看，在保持一定经济增长的前提下，为实现以上目前，建筑行业全过程优化大有可为。一方面在业主方作为“买方市场”占主导地位的情况下，设计院为迎合业主的图纸交付节点需要，往往被动接受根据项目工期倒排的设计时长，设计周期被严重压缩，设计师的技术动作就容易走形，图纸质量得不到保障。另一方，影响工程项目进展的因素特别复杂，经常是反复修改方案，甚至边施工边修改图纸，这也导致图纸容易出现“错漏碰缺”，再者，部分设计单位一味求稳，设计标准有的过于保守，闭门造车，很少到现场去踏勘，导致很多沉没成本。因此结构优化设计显得非常重要。

2.1结构优化的业务模式

优化设计一般分为两种模式：过程优化和结果优化。

过程优化是指在设计过程中对过程文件提出优化意见，咨询单位和主体设计单位沟通达成一致将设计图纸及时调整，这种优化模式效果最好，可以将意见及时调整，不至于在设计图纸完成后由于调整时间过长而耽误项目进展，或者是调整工作量太大导致设计师抵触修改影响工作效率。这种优化模式也有缺点，由于是过程中提的意见，优化成果往往无法严格界定究竟是设计院主动调整的还是咨询单位率先提出的。

结果优化用的比较少，一般是所有设计图纸完成后再进行咨询，对咨询单位来讲因为图纸齐全咨询工作容易开展，出成果效率高；对设计单位来讲则相反，图纸已经完成了设计、校对、审核甚至图纸备案一系列流程，如果有大的改动意见这些都得重来，修改工作量很大；对建设单位来讲就要权衡利弊，综合评估是否要修改，协调双方制定明确计划，不影响后续工作的推动。

2.2建筑结构优化的具体范围及成果确认

（1）具体范围：咨询单位应会同勘察单位对地勘报告中的测试数据、设计参数、分析结果进行综合分析取值，为确定基础方案和建筑变形提供充分依据。在参数取值方面，满足设计安全性的前提下，强调经济性要求。同时要参加设计方案的技术讨论，提交多种对比报告（从安全性、经济性、工期、施工便利等角度）。优化成果需要在施工图技术交底会议前提交，在必要的情况下吗，需要安排专业的咨询人员到现场指导，以便确定合理的施工方法和施工机械。

（2）成果确认：所有正式的优化咨询成果必须由设计院、咨询单位、建设单位三方认同后方可修改，如涉及到外部审查或规划变更需提前确定是否可行再进行优化调整，另外优化咨询单位有责任对落地成果进行涉及跟踪及巡检，确保成果落地，如某项优化措施造成工期延误或工程质量问题则咨询成果将不被认定。

3结构优化设计方法在项目中的应用

3.1结构计算模型

目前行业内建筑结构设计都是通过大型通用软件作为工具进行计算，根据计算结果进行图纸绘制，工作效率大大提高，但合理使用设计软件需要对软件的一列类的前提假设熟悉，否则软件出来的结构会失真甚至错误。

比如地库顶板对消防车荷载的使用，设计墙、柱时，《荷载规范》表5.1.1中第8项的消防车活荷载可按实际情况考虑；设计基础时可不考虑消防车荷载。常用板跨的消防车活荷载可按覆土厚度折减。由于消防车荷载比较大，如果不进行合理折减将有一定程度的浪费。

设计剪力墙暗柱时如能考虑墙身水平钢筋的有利作用并进行适当构造设置，将可以减少暗柱箍筋的用量；梁柱节点一般形成刚域，软件模型梁柱一般是线单元，没有考虑到截面尺寸的影响，梁端配筋设计时取用弯矩如取用梁柱交点则偏大，支座负筋将超配，不利于抗震和施工，应该取用柱截面边缘处弯矩。

3.2基础方案

基础选型的前提是地勘报告完备，部分设计院单位往往为了安全对于可以打管桩的区域设计为灌注桩。优化咨询要仔细研判，要分析当天常用桩型的可行性，对地勘揭露的岩层认真分析，承载力和压缩模量等参数是否适合管桩类预制桩，必要时进行专家论证。此外，对灌注桩要多方位比选，不同持力层、不同桩径、不同工艺、是否采用后压浆等等因素。基础选型的好还很大程度左右着土建造价影响工期。

3.4基坑支护

基坑支护设计往往容易忽视，因为其使用周期短隐蔽性性强，但设计施工组织不好往往容易出事，国家规范规定超过5m的基坑需要专家论证。如果说主体结构设计七分靠计算，三分靠经验，那么基坑支护设计则三分靠计算，七分靠经验。土力学前提假设比较多，软件在土力学的基础上又会进行简化，因此设计师不要盲目相信软件计算的结果，要结合基本概念假设旁边。

基坑支护设计和场地条件密切相关，往往受到场地限制原本可以放坡的地方却需要做垂直支护，这个时候如果设计师不能主动去沟通工程进行调整，优化咨询单位要发挥主观能动性主动沟通现场把影响放坡的因素消除掉，实在不行可以沟通土建设计调整地库轮廓。思路千千万万，只要发挥优化的功能，基坑支护设计就能做到安全合理，经济耐用。

结语

综上所述，建筑结构优化设计将建筑设计中的不安全、不合理的影响因素及时排除，使建筑功能更为合理或得到提升，减少和避免设计差错。同时还能推广和利用新技术使结构安全度和抗震性能提高。借助优化设计不仅可以保障建筑结构设计的抗震性、安全性，同时降低成本投入，将建设的成本控制在合理范围内。 

对建筑工程设计中的外在因性因素控制，设计优化是对设计进行深入调整、改善与提高，对成本进行审核和监控，是对设计再加工的过程。通过多种方式构建建筑模型，对结果比选分析计算数据，优化设计，将建筑规划中设计不合理、不安全因素及时排除，优选最优化经济、合理方案，在满足同样功能的前提下，良好的设计优化可从源头上降本增效，节能减排。

参考文献

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