摘要：在設(shè)計(jì)中進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化是必須的，但不能簡(jiǎn)單地理解為僅僅是減少鋼筋和混凝土的用量，應(yīng)當(dāng)從建筑方案設(shè)計(jì)階段就開始結(jié)構(gòu)方案的初選，通過(guò)多種方案的計(jì)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(jì)，抗震性能
　　一前言
　　汶川地震給全中國(guó)乃至全世界人民帶來(lái)無(wú)法忘卻的震撼。作為基本建設(shè)項(xiàng)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(xiàng)目，是項(xiàng)目建設(shè)各參與方必須承擔(dān)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(biāo)準(zhǔn)》[1]和《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》修訂版[2]，從標(biāo)準(zhǔn)上提高重要建筑的抗震設(shè)防等級(jí)，這是十分必須的，也是非常及時(shí)的，為新建建筑的設(shè)計(jì)及時(shí)提供了依據(jù)。
　　近年來(lái)，不斷上漲的土地價(jià)格給項(xiàng)目建設(shè)成本控制帶來(lái)極大的壓力。同時(shí)為了追求更新穎的建筑風(fēng)格，各種標(biāo)新立異、形式獨(dú)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(jià)格的市場(chǎng)化,其價(jià)格難以控制,降低工程造價(jià)，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(biāo)，甚至在設(shè)計(jì)合同中設(shè)置不合理的控制最高用鋼量的條款。而項(xiàng)目管理人員和設(shè)計(jì)人員片面理解結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)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(jìn)行設(shè)計(jì)，從而給建筑結(jié)構(gòu)的安全性、耐久性帶來(lái)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(jì)不僅僅是一個(gè)專業(yè)的工作，一棟建筑最終能夠取得優(yōu)化設(shè)計(jì)的效果，一定是建筑、結(jié)構(gòu)、水、暖和電五個(gè)專業(yè)密切配合的結(jié)果。一般來(lái)說(shuō)，影響結(jié)構(gòu)抗震性能的因素主要有以下幾個(gè)方面。
　　1建筑方案
　　(1)平面布置
　　在建筑方案設(shè)計(jì)時(shí)進(jìn)行結(jié)構(gòu)的初步整體計(jì)算分析非常重要。通過(guò)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(duì)結(jié)構(gòu)抗震不利的問(wèn)題，及時(shí)向建筑師提出調(diào)整意見(jiàn)，這樣就可以達(dá)到建筑結(jié)構(gòu)的協(xié)調(diào)，同時(shí)也能提高工作的效率�！陡邔咏ㄖ�混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》[3]第4.3節(jié)對(duì)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(gè)獨(dú)立結(jié)構(gòu)單元內(nèi)，宜使結(jié)構(gòu)平面形狀簡(jiǎn)單、規(guī)則，剛度和承載力分布均勻。不應(yīng)采用嚴(yán)重不規(guī)則的平面布置。
　　(2)角窗
　　結(jié)構(gòu)優(yōu)化應(yīng)當(dāng)在建筑方案設(shè)計(jì)時(shí)就要參與。對(duì)于高層項(xiàng)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(duì)平面的整體剛度的貢獻(xiàn)也要下降,因此為滿足規(guī)范對(duì)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(dāng)最外側(cè)的四個(gè)角部設(shè)置角窗時(shí)，結(jié)構(gòu)工程師應(yīng)通過(guò)計(jì)算進(jìn)行對(duì)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(duì)整體結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度的影響很大,當(dāng)結(jié)構(gòu)的高寬比大于6時(shí)，結(jié)構(gòu)在風(fēng)荷載作用下的位移就可能已超過(guò)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(jì)性也較差。因此，在建筑方案設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)適當(dāng)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(zhǎng)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(jì)中,應(yīng)盡量避免采用整個(gè)樓層的轉(zhuǎn)換。如果建筑功能上確實(shí)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(duì)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(jí)次梁轉(zhuǎn)換。采用整個(gè)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(jí)提高,以及相應(yīng)的抗震措施大大加強(qiáng),構(gòu)造鋼筋的配筋量要提高,因而整體結(jié)構(gòu)用鋼量會(huì)大大提高。
　　(5)懸挑陽(yáng)臺(tái)
　　在居住建筑中，外挑陽(yáng)臺(tái)伸出長(zhǎng)度1.5m-2m是常見(jiàn)的，汶川地震震后情況表明：在工程中如果對(duì)這種外挑陽(yáng)臺(tái)處理不當(dāng)，會(huì)對(duì)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(jì)的過(guò)程中一定要在陽(yáng)臺(tái)的角部設(shè)置接各層陽(yáng)臺(tái)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(zhǎng)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(yáng)臺(tái)處的連梁不承受過(guò)大扭矩，宜采取相鄰房間樓板厚度與陽(yáng)臺(tái)挑板厚差不超過(guò)30mm，陽(yáng)臺(tái)挑板配筋按相鄰樓板厚度計(jì)算確定。陽(yáng)臺(tái)挑板與樓板上皮標(biāo)高相同時(shí)，挑板上鋼筋伸入相鄰樓板的長(zhǎng)度與挑板長(zhǎng)度相等，當(dāng)挑板與樓板上皮標(biāo)高不同時(shí)，則上述鋼筋各自在連梁中滿足受拉錨固長(zhǎng)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(jì)過(guò)程中都未對(duì)此類情況以足夠的重視，而汶川地震則用事實(shí)向大家說(shuō)明：出屋面小塔樓在地震作用下的破壞是很嚴(yán)重的；特別是在中震或大震時(shí)，小塔樓的鞭梢效應(yīng)起了很大的作用。因此，在進(jìn)行小塔樓的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，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(duì)于不利于抗震的建筑造型、構(gòu)架應(yīng)及時(shí)向建筑師提出優(yōu)化設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)建議，避免建筑物在遭受地震時(shí)發(fā)生嚴(yán)重的損害。
　　2抗震構(gòu)造措施
　　要達(dá)到“小震不壞、中震可修、大震不倒”的抗震設(shè)防目標(biāo)，必須按照規(guī)范的抗震措施以及構(gòu)造措施進(jìn)行設(shè)計(jì)。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(duì)于重要的部位、重要的構(gòu)件還應(yīng)當(dāng)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(jì)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(shí)都發(fā)生在柱頂，說(shuō)明并沒(méi)有實(shí)現(xiàn)“強(qiáng)柱弱梁”的目標(biāo),柱子的抗彎強(qiáng)度相對(duì)梁而言還是偏�。粚�(duì)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(jì)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(jì)，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(duì)框架結(jié)構(gòu)中的框架柱截面的最小尺寸也應(yīng)當(dāng)予以限制，以保證框架柱在中震或大震下具有足夠的強(qiáng)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(jì)規(guī)范的要求設(shè)計(jì)的建筑，是基本可以達(dá)到抗震設(shè)防目標(biāo)的。
　　3預(yù)應(yīng)力管樁的應(yīng)用
　　近年來(lái)，為了降低工程造價(jià)，不管地質(zhì)條件如何，大量的工程都千方百計(jì)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(chǎng)地、樁端為中風(fēng)化巖層而其上部沒(méi)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(qiáng)度高、施工速度快、造價(jià)低等等優(yōu)點(diǎn)，在大量的工程中應(yīng)用，這是可以理解的也是符合市場(chǎng)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(diǎn)；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(chǎng)上管樁的供不應(yīng)求也帶來(lái)樁身質(zhì)量的不穩(wěn)定等。每一項(xiàng)工程的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)都應(yīng)當(dāng)根據(jù)場(chǎng)地的實(shí)際情況仔細(xì)分析研究，選擇合適的基礎(chǔ)形式，該增加的投入則應(yīng)當(dāng)予以保證，避免給新建建筑帶來(lái)不安全的隱患。
　　三小結(jié)
　　以上的幾點(diǎn)思考和探討，是在日常項(xiàng)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(jì)中還有很多工作需要設(shè)計(jì)人員去完成。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化工作必須堅(jiān)持不懈地開展，針對(duì)每一項(xiàng)工程的設(shè)計(jì)，應(yīng)當(dāng)根據(jù)其建筑特點(diǎn)，在建筑方案設(shè)計(jì)時(shí)就制定優(yōu)化設(shè)計(jì)的目標(biāo)，從方案開始就進(jìn)行結(jié)構(gòu)的初步計(jì)算分析，對(duì)于影響結(jié)構(gòu)體系的抗震性能的關(guān)鍵因素要及時(shí)向建筑師提出建設(shè)性意見(jiàn)，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(jì)與建筑功能達(dá)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(xiàn)
　　[1]GB50223-2008,建筑工程抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn).
　　[2]GB50011-2001(2008版),建筑抗震設(shè)計(jì)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)