摘要：建筑设计行业发展到现阶段竞争日益加剧，优化设计的理念显的尤为重要，本文通过结构设计师经常遇到的问题，举例阐述了优化设计的必要性和基本操作方法，旨在启发设计师们建立对设计作品的优化意识。
关键词：建筑；结构设计；优化
随着我国城市建设的快速推进，建筑行业迎来了一波前所未有的发展高峰，有数据表明，2020年前，中国内住宅面积地每年新增12.3亿平方米----相当于整个新加坡的国土面积2倍。住房面积暴增，人口增长却有限，随着住房刚需的锐减，建筑市场发展规模会逐渐回落并趋于平稳。建筑市场的萎缩必然导致数量惊人的行业从业人员失业、转行。其中勘察设计人员会面临更加严峻的局面，僧多粥少，一个项目将由多家设计单位竞争。建设方提出的要求会更加严苛，也许仅仅因为多出一根钢筋，你的方案就会被淘汰。这就要求建筑设计师不仅仅局限在能设计还要会设计。设计方案的优化比选是设计环节中非常关键的一环，只有做好这一步，才会在这个行业中立足。下面通过几个案例对优化设计进行探讨，以期达到抛砖引玉的效果。
在结构设计中，基础在整个土建造价中占比接近三分之一，方案选择不合理会造成巨大浪费。对于初学者或较为懒惰的设计人员在结构设计模型计算时，除了改动必要的参数外往往对软件给出的默认参数不加重视。规范规定好的可能跟基础的实际受力状态并不一致，草草计算出来的结果可能跟实际差距较大。我公司在我市设计的某金融中心项目，地上19层、局部22层，建筑檐口高度85.2米。地下2层、基础埋深-13.5米，建筑面积81000平方米，为钢筋混凝土框架-核心筒结构体系。柱网尺寸（9.0m+9.0m+18.0m+9.0m+9m）x9.0m.采用天然地基+筏板基础。地基持力层为6层砾砂层，地基承载力标准值395KPa.筏板厚度1300mm及850mm.
在本市同期建设的另一座建筑，地上23层、地下2层，柱网尺寸9.0X8.4m.地基持力层同样也是6层土砾砂土层。同为天然地基筏板基础，材料用量却相差悬殊，该建筑基础钢筋及混凝土用量分别为金融中心基础用量的1.8倍及1.65倍。
通过对比分析表明，筏板基础材料用量出现悬殊差别的原因在在于对筏板受力理念理解的差异。
作为建筑地基的岩土可分为岩石、砂土、碎石土、粉土、粘性土、人工土地基等，各类土层地基抗力（刚度和强度）的不同，使得他们适用规范规定的程度也各不相同。坚硬岩石地基，因石质刚强地基刚度可视为无穷大，在承受竖向荷载的作用下几乎不产生变形。因此规范中提到的基地反力按直线分布或视为均布的规定，并不适用于此类地基。
碎石类及砾、粗、中砂类土层，因具有高承载力、低变形的特点，规范规定的基地反力按直线分布或视为均布的理念，已无法反映地基及筏板的实际受力状态。岩石等土层在承载力和抗变形方面具有较强的能力，作用在底板上的荷载在使持力层变形的同时，通过竖向构件下的底板面积会直接传递给地基，明显减小了地基变形幅度。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆地基地反力不会按直线分布均布，而是按竖向构件实际受力分布取值，因此在计算时应按实际或经验提高基床系数（程序一般默认20000），配筋结果会明显变小，配筋面积趋于均匀，地基变形也与实际相符。
同样道理，在一些多层或较为规整的剪力墙结构中一味采用筏板基础也会造成不必要的浪费，若换一个思路采用条形基础，独立基础以及小筏板相结合的方式，剪力墙会直接把力传到条基或独立基础，传力路径简洁明确。事实上，这种方式已得到普遍应用并取得了明显的经济效果，测算表明造价会降低30%以上。若采用整体筏基难免会因为变形不协调产生局部应力，且因基础上部需配置的构造钢筋导致配筋数量的增加。
上部结构竖向构件布置时宜均匀对称，上下对齐，力求构件受力明确，且传力路径最短。剪力墙应尽量避免采用异形墙、短肢墙，在基本指标满足的基础上减少墙体的数量，并适当增加周侧构件保证了抗扭刚度，对于减小侧移亦有较明显的作用。框架结构梁、板、柱间距宜规整均匀，并根据实际需要提供几种布置方案比选，选择最佳布置方式。在程序计算中应考虑按T形板计算时对梁跨中底部受力配筋的有益影响，程序中的一些默认参数设置往往比较保守的，在应用过程中应逐一甄别修改。
地下室顶板设计，有两种结构形式较为常见，一种是梁板式结构，一种是无梁楼盖。无梁楼盖底板光滑，利于设备风道及排水沟布置，但是板较厚（一般不小于300mm），而另外一种则比较常规，构造明确，这两种方案在相同荷载条件下，经济比较如何，下面通过一个实际例子来探讨一下这个问题。
某地下室柱网8.4X8.4m，通过计算，梁板体系和无梁楼盖用钢量在荷载较小（覆土1m）时，有较大差距，分别为35.4Kg/m2和39.4/m2.可以看出梁板结构较为经济。当随着荷载增加时，覆土厚度增加到2m、3m时，用钢量分别为49.1 Kg/m2，51.0 Kg/m2和61.9 Kg/m2、62 Kg/m2.通过比较数据可以看出随着荷载的增加二者用钢量差距变小，无梁楼盖甚至更优。但是最近几年无梁楼盖事故频发，可见其存在不安全因素太多，用户选择时应谨慎。
结束语
建筑结构千差万别，本文所举的例子也仅仅是对一些特定模型进行计算统计，实际应用中很难把某种优化方式从一个项目套到另外一个项目上去，毕竟每个项目都有自己的适用环境和要求。只有通过对结构整体进行把握，从基本概念出发，通过解决一类问题的方法进行归纳总结并灵活运用，并以此形成思路根据经验去解决新的问题，通过反复比较找出最优的解决方案。
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论文作者:王运国1,孙宏伟2
论文发表刊物:《基层建设》2019年第28期
论文发表时间:2020/1/14
标签：地基论文; 基础论文; 建筑论文; 结构设计论文; 荷载论文; 楼盖论文; 结构论文; 《基层建设》2019年第28期论文;