如何做结构设计优化

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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。

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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。

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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。

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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。