复仇之念奴殇_如何做结构设计优化

作者: seo 分类: seo基础 发布时间: 2019-07-04 03:32

  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。而设计优化往往是被忽略 的,更多的则是不具备这个能力。 设计优化主要是从成本控制的角度对原设计进行排查,排除设计的盲区和死角,发 现差错、纠正不足,降低不安全因素,为您找回流失的成本。剔除原来设计中的虚高的, 无用的,不安全的,不合理的成本。 结构设计优化,也如同人减去多余脂肪,达到健美目的,杜绝不必要的浪费。加大 构件截面,提高配筋率,并不一定增加结构的安全度,有时反而是坏事,如增加建筑自 重,形成超筋破坏等反作用。 结构设计优化并不是单纯的“挑毛病”,而是通过交流、沟通,找到更为合理、更 经济的设计。结构设计的优化,不是以牺牲建筑适用性、结构安全度和抗震性能来求得 经济效益。 在所有的设计优化中,结构设计优化空间最大,结构成本的弹性和离散性大,最有 成本控制的意义,是优化的重点。 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,一是结构体系与基础类型的优化与比 选;二是规范方面解理错误的纠正;三是结构说明不适用条款的修正;四是钢筋构造不 合理的改正;五是设计图纸纠错。 结构优化不是单方面以降低成本减少含量钢量为目的,结构优化是对原结构设计改 进,不是追求局部最优,而是为了达到整体最优。 通过对多种结构方案进行选型和经济分析, 提供决策依据; 对影响结构的因素(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,根据力学概念和工程经验进行判断。 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、选择规则的平面方案和立面方案,避免过大的外挑和内收,避免应力的突变, 避免薄弱层,保持受力的均衡。尽量不设转换层,尤其是高位转换,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的新奇现代,天马行空, 不计成本,也不考虑抗震等因素。越是复杂的不规则的建筑造型其抗震性能下降建筑成 本增加。应该追求简约而美的设计理念,摒弃复杂而丑的设计风格。 2、刚度与延性的平衡。结构刚度大,含钢量高,延性反而差,地震反应大,抗震 性能低。延性的本质是提高结构的变形能力,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、如结构体系的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、选择合理的基础形式,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,即几种基础类型的组合,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的作用。特别是裂缝宽度计算时,梁取承台边处 的弯矩进行控制,承台算至柱边。 5、地下车库顶板的结构形式有:十字梁、井字梁、无梁板、大跨度梁板、预应力 有梁楼盖和空心楼盖等。空心楼盖可以减少含钢量和砼用量,其缺点是板厚增加导致层 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的 60%左右, 其中,墙柱钢筋比例最高,约占上部钢筋用量的 40%左右,这是优化的重点,优化内 容包括墙柱的设置、截面、纵筋和箍筋拉筋,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的技术经济指标,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;控制剪力墙数量和密度。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。优化的重点是梁,采用强柱弱梁,梁配筋率不宜大,避免三排 四排钢筋的配置。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 坡增加荷载和造价。 9、“结构设计总说明”是对结构设计软件以外的内容进行经济性控制,应特别关 注“通用性”的设计说明,通用性越强设计越浪费,避免出现一句话增加几十万的意外 情况。结构总说明一般都有现成“模板”,事无巨细,不管是否适用,都罗列其中,设 计师直接复制过来。每个建筑都有它的“个性”特征,不必生搬硬套。 10、 一些平法标准图集上不合理的钢筋构造可以改进, 如加腋梁钢筋可以适当减少, 框架柱顶层边角柱等。图集上的构造要求是参考性的,许多也是拍脑袋的,并没进行内 力试验,何必生搬硬套? 11、图纸表达的错误,如有的梁原位标注 10C25 6/5,到底是 10 根还是 11 根? 是按大还是按小?诸如此类的错误也在优化之列。 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和成本失控等问题。然而,设计指标满足限额值,不一定是 最经济、最合理的设计。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,而会忽略其他更 重要的工作,如结构体系合理性的判断与调整、结构与建筑及机电等专业的协调,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。施工图审查是确保设计文件符合国家法律、法 规和强制性标准,施工图审查并没有义务审查设计的经济性,符合规范要求的设计未必 是“最优的”。而结构设计优化的目的之一是控制成本、并使设计更加合理。当然,结 构设计优化的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:是事前指导和事中控制,建议前置与设计同步,没有后置动作。 方案阶段:结构体系的造型和结构布置合理性认证、结构计算和内力分析正确。 扩初阶段:结构方案的对比、优化,重点关注结构体系、基础方案、地下室的布置 等关键环节。 施工图阶段:结构构件设计的精细化管理。主要是对结构设计中的不精细做法进行 纠正,如不合理的归并、有过大的富余、不经济的配筋方式和砼厚度取值等。 全过程、分阶段检查各个环节的设计情况,看是否符合《结构设计技术措施》的要 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的经济性。 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的优化方式。 五、结构设计优化难题 设计师比较爱面子,有抵触情绪,只要不是特别重大的原则性错误,一般不愿改。 改就等于承认自己错了。如果优化团队提的建议,原设计不改。怎么办? 如果优化团队的提出建议,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,结构优化的建议,设计中一些显而易见的错误,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,即使是内心认为有一定道理的也出于自尊而拒绝。 结构设计优化意见可以先给业主看,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,进行调整和修改。要取得设计师的配合,业主会做些协调工作。 不管哪方面的修改都要提交优化的依据和过程。 修改最终要通过设计院的同意,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,即便采纳几条也是效果的。 如果设计师水平很高,非常到位,没有什么需要优化的,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, 现在的设计确实是参差不齐鱼龙混杂, 设计优化的市场需求潜力巨大。 六、结构优化实例 上海崇明某项目除一层(地下室顶)是嵌固部位,楼板厚度 180 mm。其他板厚均 设计为 150mm。 其设计依据可能是根据上海市《关于进一步强化绿色建筑发展推进力度提升建筑性 能的若干规定》的通知[沪建管联(2015) 417 号]文件(2015.6.16 日发布)第三条第 2 条: “新建民用建筑的楼板厚度应不小于 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,结构的抗震性能和抗侧力等均受影响,为了满足结构的承载力和抗 震要求,含钢量和造价均大幅度提高,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, 隔音是需要采取其它措施。如果是做隔音空心板,150 mm 又是不够的。 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的地方性规定,一是了解制订地方规定的背景及条款所 适用的条件,二是要适当变通,三是要明白,不是所有的规定都是正确的,四不是所有 的规定都非执行不可的。 上海市住房和城乡建设管理委员会关于批准《住宅设计标准》局部修订的通知(沪 建标[2016]126 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) 等构造在内的楼板总厚度。 板厚通常是指结构厚度,沪建标[2016]126 号文是对沪建管联(2015) 417 号文中 150 板厚规定作巧妙修正,实际上原文件规定是不合理的。 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,它的含钢量和造价指标均下降。 还有其他方面的优化建议,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。

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