摘要：在設(shè)計中進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化是必須的，但不能簡單地理解為僅僅是減少鋼筋和混凝土的用量，應(yīng)當從建筑方案設(shè)計階段就開始結(jié)構(gòu)方案的初選，通過多種方案的計算比較才能獲得建筑、結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)一致的最優(yōu)方案，從而為業(yè)主提供最佳的產(chǎn)品。
　　關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)分析，優(yōu)化設(shè)計，抗震性能
　　一前言
　　汶川地震給全中國乃至全世界人民帶來無法忘卻的震撼。作為基本建設(shè)項目的管理者,應(yīng)自我反省，提高管理能力。在建筑結(jié)構(gòu)上的必要投入，建設(shè)有安全保障的項目，是項目建設(shè)各參與方必須承擔的義務(wù)。
　　汶川地震發(fā)生后，建設(shè)部在7月31日即頒布了《建筑抗震設(shè)防分類標準》[1]和《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》修訂版[2]，從標準上提高重要建筑的抗震設(shè)防等級，這是十分必須的，也是非常及時的，為新建建筑的設(shè)計及時提供了依據(jù)。
　　近年來，不斷上漲的土地價格給項目建設(shè)成本控制帶來極大的壓力。同時為了追求更新穎的建筑風(fēng)格，各種標新立異、形式獨特的結(jié)構(gòu)形式不斷涌現(xiàn)，如角窗、大開洞、大懸挑、底部大空間、高位轉(zhuǎn)換、連體、空中花園、大高寬比、超高層住宅等等。由于土地價格的市場化,其價格難以控制,降低工程造價，特別是減少建筑結(jié)構(gòu)中的鋼筋和混凝土用量就成為部分業(yè)主追求的直接目標，甚至在設(shè)計合同中設(shè)置不合理的控制最高用鋼量的條款。而項目管理人員和設(shè)計人員片面理解結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計就是降低材料用量，把所有結(jié)構(gòu)構(gòu)件中的鋼筋用量都按照規(guī)范規(guī)定的最低要求進行設(shè)計，從而給建筑結(jié)構(gòu)的安全性、耐久性帶來隱患。
　　二影響結(jié)構(gòu)抗震性能的因素
　　結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計不僅僅是一個專業(yè)的工作，一棟建筑最終能夠取得優(yōu)化設(shè)計的效果，一定是建筑、結(jié)構(gòu)、水、暖和電五個專業(yè)密切配合的結(jié)果。一般來說，影響結(jié)構(gòu)抗震性能的因素主要有以下幾個方面。
　　1建筑方案
　　(1)平面布置
　　在建筑方案設(shè)計時進行結(jié)構(gòu)的初步整體計算分析非常重要。通過分析，將影響整體結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度、抗扭剛度的因素以及平面規(guī)則性、樓板連續(xù)性等對結(jié)構(gòu)抗震不利的問題，及時向建筑師提出調(diào)整意見，這樣就可以達到建筑結(jié)構(gòu)的協(xié)調(diào)，同時也能提高工作的效率。《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》[3]第4.3節(jié)對結(jié)構(gòu)水平及豎的規(guī)則性上有明確定的規(guī)定：如在高層建筑的一個獨立結(jié)構(gòu)單元內(nèi)，宜使結(jié)構(gòu)平面形狀簡單、規(guī)則，剛度和承載力分布均勻。不應(yīng)采用嚴重不規(guī)則的平面布置。
　　(2)角窗
　　結(jié)構(gòu)優(yōu)化應(yīng)當在建筑方案設(shè)計時就要參與。對于高層項目,角窗的設(shè)置導(dǎo)致剪力墻端部缺少約束,其空間作用的效應(yīng)大大降低,對平面的整體剛度的貢獻也要下降,因此為滿足規(guī)范對最大位移與平均位移的比值限值要求,就不得不加大墻體的厚度,從而增加混凝土的用量,特別值得注意的是當最外側(cè)的四個角部設(shè)置角窗時，結(jié)構(gòu)工程師應(yīng)通過計算進行對比分析，使得結(jié)構(gòu)的質(zhì)心和剛心盡可能重合，從而減小由于角窗的存在而導(dǎo)至的結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)。
　　(3)高寬比
　　高寬比的大小對整體結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度的影響很大,當結(jié)構(gòu)的高寬比大于6時，結(jié)構(gòu)在風(fēng)荷載作用下的位移就可能已超過規(guī)范限值，即使所有的隔墻都采用剪力墻都可能滿足不了規(guī)范的限值要求，這樣的平面布置，鋼筋和混凝土的用量都比較大，經(jīng)濟性也較差。因此，在建筑方案設(shè)計時，應(yīng)適當增加平面寬度，降低高寬比，在平面布置中設(shè)置一定數(shù)量的通長墻體，提高墻體的抗側(cè)剛度。
　　(4)轉(zhuǎn)換層
　　在高層建筑設(shè)計中,應(yīng)盡量避免采用整個樓層的轉(zhuǎn)換。如果建筑功能上確實需要有底部大跨度空間的要求,則應(yīng)保證有足夠數(shù)量的落地剪力墻,對于局部墻體轉(zhuǎn)換盡量采用梁式轉(zhuǎn)換,避免采用厚板轉(zhuǎn)換或多級次梁轉(zhuǎn)換。采用整個樓層的轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu),除了轉(zhuǎn)換構(gòu)件的用鋼量較大以外,由于結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗震等級提高,以及相應(yīng)的抗震措施大大加強,構(gòu)造鋼筋的配筋量要提高,因而整體結(jié)構(gòu)用鋼量會大大提高。
　　(5)懸挑陽臺
　　在居住建筑中，外挑陽臺伸出長度1.5m-2m是常見的，汶川地震震后情況表明：在工程中如果對這種外挑陽臺處理不當，會對結(jié)構(gòu)的豎向抗震性能極為不利。因此工程師在結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中一定要在陽臺的角部設(shè)置接各層陽臺的構(gòu)造柱，從而改善結(jié)構(gòu)的豎向抗震性能。另外，為了保證挑板有足夠剛度，根部板厚一般取1/12-1/10外挑長度，但相鄰房間樓板厚度一般均小于挑板根部的厚度，為了使陽臺處的連梁不承受過大扭矩，宜采取相鄰房間樓板厚度與陽臺挑板厚差不超過30mm，陽臺挑板配筋按相鄰樓板厚度計算確定。陽臺挑板與樓板上皮標高相同時，挑板上鋼筋伸入相鄰樓板的長度與挑板長度相等，當挑板與樓板上皮標高不同時，則上述鋼筋各自在連梁中滿足受拉錨固長度。
　　(6)出屋面塔樓
　　現(xiàn)代建筑為了要注美觀，往往在屋頂做出形式各異的造型，很多工程師在設(shè)計過程中都未對此類情況以足夠的重視，而汶川地震則用事實向大家說明：出屋面小塔樓在地震作用下的破壞是很嚴重的；特別是在中震或大震時，小塔樓的鞭梢效應(yīng)起了很大的作用。因此，在進行小塔樓的結(jié)構(gòu)設(shè)計時，一方面應(yīng)盡量減少不必要的構(gòu)件重量，另一方面應(yīng)提高結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗震措施，提高構(gòu)件的延性。對于不利于抗震的建筑造型、構(gòu)架應(yīng)及時向建筑師提出優(yōu)化設(shè)計設(shè)計建議，避免建筑物在遭受地震時發(fā)生嚴重的損害。
　　2抗震構(gòu)造措施
　　要達到“小震不壞、中震可修、大震不倒”的抗震設(shè)防目標，必須按照規(guī)范的抗震措施以及構(gòu)造措施進行設(shè)計。規(guī)范中的構(gòu)件最小截面尺寸、最小配筋率是作為結(jié)構(gòu)受力的最低要求，對于重要的部位、重要的構(gòu)件還應(yīng)當提高其抗震性能。在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，一般情況下，框架、框架—剪力墻結(jié)構(gòu)中的框架柱在整體計算中都是構(gòu)造配筋，但這次汶川地震的大量震害表明，框架結(jié)構(gòu)出現(xiàn)塑性鉸時都發(fā)生在柱頂，說明并沒有實現(xiàn)“強柱弱梁”的目標,柱子的抗彎強度相對梁而言還是偏小；對于框架—剪力墻結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)中的剪力墻，其分布鋼筋往往在整體計算中也表現(xiàn)為構(gòu)造配筋，如果按照規(guī)范剪力墻分布鋼筋最小配筋率的要求設(shè)計，200mm厚的墻體只要配置Φ8@150的鋼筋,這顯然是不合適的，Φ8鋼筋在施工中的穩(wěn)定性都難以保證；針對框架結(jié)構(gòu)中的框架柱截面的最小尺寸也應(yīng)當予以限制，以保證框架柱在中震或大震下具有足夠的強度和延性。從汶川地震的震害調(diào)查中也可以看到，如果能夠按照現(xiàn)行有關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范的要求設(shè)計的建筑，是基本可以達到抗震設(shè)防目標的。
　　3預(yù)應(yīng)力管樁的應(yīng)用
　　近年來，為了降低工程造價，不管地質(zhì)條件如何，大量的工程都千方百計的使用預(yù)應(yīng)力混凝土管樁。例如，存在較厚的淤泥土層、臨近海邊的有腐蝕性的場地、樁端為中風(fēng)化巖層而其上部沒有足夠厚度的具有約束能力的土層等等。預(yù)應(yīng)力管樁固然具有樁身強度高、施工速度快、造價低等等優(yōu)點，在大量的工程中應(yīng)用，這是可以理解的也是符合市場的要求。但不是所有的地質(zhì)條件都可以使用，由于預(yù)應(yīng)力混凝土管樁存在抗水平承載力低、樁身壁厚較薄、容易折斷等缺點；且樁管之間的連接靠的僅僅是端板之間的焊縫，其抗腐蝕性的能力缺少有效的措施；此外，由于市場上管樁的供不應(yīng)求也帶來樁身質(zhì)量的不穩(wěn)定等。每一項工程的基礎(chǔ)設(shè)計都應(yīng)當根據(jù)場地的實際情況仔細分析研究，選擇合適的基礎(chǔ)形式，該增加的投入則應(yīng)當予以保證，避免給新建建筑帶來不安全的隱患。
　　三小結(jié)
　　以上的幾點思考和探討，是在日常項目建設(shè)管理工作中遇到比較多的部分，在具體工程設(shè)計中還有很多工作需要設(shè)計人員去完成。結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化工作必須堅持不懈地開展，針對每一項工程的設(shè)計，應(yīng)當根據(jù)其建筑特點，在建筑方案設(shè)計時就制定優(yōu)化設(shè)計的目標，從方案開始就進行結(jié)構(gòu)的初步計算分析，對于影響結(jié)構(gòu)體系的抗震性能的關(guān)鍵因素要及時向建筑師提出建設(shè)性意見，綜合良好的抗震性能、合理的鋼筋用量、安全保障、合理舒適的使用功能等各種因素，把結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計與建筑功能達到良好的協(xié)調(diào)一致作為建筑師與結(jié)構(gòu)工程師共同努力的方向。
　　參考文獻
　　[1]GB50223-2008,建筑工程抗震設(shè)防分類標準.
　　[2]GB50011-2001(2008版),建筑抗震設(shè)計規(guī)范.
　　[3]JGJ3-2002,高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程.              碩士論文網(wǎng)