戚伟
广东天元建筑设计有限公司 广东佛山 528000
摘要：我国房屋建筑行业经过近40年的快速发展，在房企微利趋势的“后地产时代”背景下，在房屋结构设计方面推动与运用优化技术势在必行，既满足建筑结构的安全性、经济性又符合建筑的功能。本文作者结合多年工作经验，浅谈在房屋建筑结构设计中如何应用优化技术，降本增效，精益改善，对结构优化的方向进行探析。
前言：
随着我国房地产进入“后地产时代”，在土地成本居高不下，建筑材料、人力成本逐年递增，税收政策日益完善，房企微利时代的背景下。同时中国经济经过快速发展，国人可支配财富越来越多，对住房的户型、功能布局、小区环境等要求越来越高。在保证房屋结构安全、适用的前提下，怎么去降本增效，成了各个房企、施工企业、设计院活下去的必经之路。因此，现代建筑行业为了解决上述问题，就必须在房屋结构设计中广泛运用优化设计技术，降低施工企业、房企及业主成本，同时提升房屋结构的美观性以及使用功能的完美呈现，因此现代建筑企业对于结构优化技术的应用就具备了高度的现实意义[1]。
一、房屋建筑结构设计优化的内容及意义
本文作者结合多年来的工作经验，对房屋建筑结构设计中如何应用优化技术进行了研究，房屋建筑结构设计优化理念在于满足安全和适用的前提条件下，怎么去降低成本，以优化成本为控制中心，通过多轮方案的论证对比及经济分析，对建筑基础、竖向构件、水平构件、围护结构提出合理经济的结构方案，最终通过计算机在选取合理参数的前提下模拟出结构优化设计的模型，科学计算，确定合理的结构方案。同时设计人员要积极应用先进的计算机等信息技术手段优化结构设计方案。在如今信息技术时代，使用先进的信息技术对设计优化起到非常重要的作用。例如 BIM 技术可对建筑结构进行模拟建模，特别是管线综合有十分意义重大，在项目实施前可以一目了然知道管线的“错漏碰缺”，及时修改调整，可节约大量的人力物力，有非常好的经济效果。
二、结构设计优化技术的应用
2.1以规范为根本，提高专业水平
房屋建筑结构设计是以国家规范、地方标准为准则的前提下进行，所有的优化是建立在安全可靠的前提条件下进行，同一个建筑方案，我们可以通过多种结构布置方案，这需要通过对规范的理解和工作经验快速确定可行经济的结构体系，首先做到结构体系上的优化，其次才是结构构件上的优化。同时对于高层建筑我们更需要注重概念设计，在构造要求上去满足规范要求，而不仅仅是通过计算机模型模拟满足。所以结构设计人常说，结构设计是3分计算，7分构造，可见结构构造（概念设计）的重要性。这就需要结构设计人员注重规范的学习和工作经验的积累，提高自身的专业能力水平是进行结构优化设计的前提。
2.2注重总图及方案阶段的优化
房屋建筑结构设计中很多人往往忽视总图及方案，实际上总图及方案对结构优化起着决定性的关键作用。总图是为了表达各建筑物（构筑物）之间的关系，或是各种工艺管道等的布置原则的，有总平面图，总规划图，竖向布置图，管道布置图，厂区设施布置图等。对房屋建筑优化首先应对场地周边条件确认，特别是竖向标高，结构专业涉及的方面包括地下室是否开敞，是否会造成整个项目形成多塔，场地土方是否能够平衡，塔楼埋深是否有问题等大方向问题，这就需要我们在土方平衡，是否多塔，塔楼埋深深度，挡墙设置范围、基坑支护方式等方面做多轮经济分析对比，优化出合理的场地标高，并提供给总图专业参考。同时还可密切关注塔楼是否采用了合理的楼间距，在满足地方技术管理规定及规范的前提下，可以建议总图专业按照车道宽度*N1+停车位长度*N2，确定合理的楼间距，通过此优化动作，可使地下车库的控制车均面积比更低更合理，提高地下车库的停车效率，在满足停车数量不变的前提下，有效减少地下车库的建筑面积，对节约工程造价有着非常大的意义。
一般来说，前期方案在一定程度上基本确定了建筑项目的总成本，由于方案人员专业限值很少注重到建筑结构的合理性和可行性，而实际上结构设计人员前期很少或者基本不介入方案阶段的设计，最终结果就是后期施工图阶段可能会对结构设计造成直接的影响，增加设计难度的同时，也增加了房屋的建造成本，或者对方案的呈现有较大的偏差。所以结构设计一定要非常重视方案阶段的结构初步方案，通过合理多轮沟通，与方案专业就结构形式、功能布局、立面造型效果、成本控制上达成共识，这样既能保证方案效果的呈现，又能保证优化结构方案的落地，减少后期修改风险，增产提效，节约多方成本。
2.3注重地下室及基础优化
房屋建筑往往有多种基础形式和基础施工方案的选择，这基础设计中结构优化，应注重对地勘报告的解读，特别注意场地类别，抗浮水位，土层参数取值等是否合理，是否需要与地勘单位沟通，周边已建场地地勘是否相似印证，这些参数对整个基础工程的造价有直接影响。在确认地勘无误后，需要对基础形式做多轮基础比选及经济分析，得出合理可行的基础形式，基础埋深是否可以适当提高。同时还应注重打破常规，例如在地基承载力相差不大的情况下是否可采用复合地基，避免采用桩基础；对于岩石地基基础是否可以适当提高减少土方开挖。
例如作者曾在A项目中优化基础埋深，A项目持力层为中分化泥质粉砂岩，采用独立基础或筏板基础，由于地下室外露，导致基础埋深不够，按规范基础埋深不小于5.6米，由于塔楼基础位于挖石方区，开挖十分困难，开挖回填成本高，施工工期长，最后以“大震不倒”为设计原则，验证塔楼在大震工况下的抗倾覆和抗滑移满足规范要求，通过严谨计算，小心论证，最终确定合理经济的埋深为4.2米，大大节约了成本及工期。具有一定的参考意义。
万丈高楼平地起，基础往往是整个建筑的重中之重。基础优化一定是建立在可行，合理的原则上，同时有具体工程案例实践验证过，更需要结构设计人员保持慎重态度，小心求证。特别是新工艺，盲目节约成本，不遵循本原则，很可能造成不可挽回的后果。如重庆某项目采用强夯基础，最后推到重来。给企业不仅造成了重大经济损失，更对企业形象产生了重大影响。
在地下室设计中需要优化的点也非常多，如地下室底板采用梁板形式还是无梁楼盖形式，对整个工程造价也有相当大的影响。从土方开挖、施工方便、建设工期等方面我们不难看出无梁楼盖更胜一筹。地下室抗浮问题也是优化重点方向，需根据不同的地质条件及抗浮水位选取合理的抗浮方式。如岩石地基，首选抗浮锚杆，同时又涉及到抗浮锚杆集中点状布置、集中线状布置、面状均匀布置的类型选取，都需要根据它们的优缺点、可行性、成本综合决策。
2.4注重上部结构的优化
上部结构优化主要集中在结构体系、结构布置、合理的刚度和承载力分布、计算参数的合理选择、荷载输入准确、多道抗震概念性设计等设计方面，周期比、位移比、刚度比、剪重比、刚重比、受剪承载力之比是控制结构体系整体能否满足的基本要求。在施工技术日益发展的今天，房屋建造体系也日趋成熟，采用铝膜+附着式脚手架（爬架）的新工艺应用是一般施工单位的标准框架配置。相对传统木模+碗口脚手架它们在安全、进度、质量、成本等各项效益指标更加优越。铝模结合建筑外墙采用全剪力墙设计，建造精度高、模板无变形、观感效果好，可实现“零抹灰”或“薄抹灰”的效果，大大节约成本，且对房屋外墙防渗漏具有非常好的效果。爬架整体防护效果好，与铝模体系搭配，在主体施工的同时能有效进行穿插多道子项工程，如涂料饰面、门窗工程、砌筑工程、栏杆工程可同步施工，大大节约施工工期，大大的缩短了工期。
在新工艺建造体系广泛应用的背景下，结构设计人员应该怎么去做好结构布置的优化成为成本管控的关键，怎么充分利用外墙做为承重墙成为结构布置的关键，同时减少支模工程量并提高户型装修灵活性也是我们在结构布置中需要优化考虑的问题，多个设计项目实践证明，对于全混凝土外墙项目结构承重剪力墙布置优先级按以下顺序：①满布外围剪力墙（含电梯筒）②厨、卫边墙 ③分户墙 ④对空间影响最小的户内墙，可取得最大经济效益。水平结构梁构件布置方面，对于较小房间（如衣帽间）、过道、楼电梯前室等位置，尽量少布置梁，充分利用结构板自身的强度，节约混凝土的同时还可减少模板费用。在控制大原则的前提下，还应注意房屋的使用功能，房间周正，户型多变，利于改造，避免结构露柱露梁，例住宅漏梁的先后顺序为：卫生间→厨房→走道→卧室→客厅（客厅及主卧原则上不允许露梁）等其它功能空间，且应满足精装设计要求。总之，结构设计人员如果结构选型不好，就算做到极致，经济性也不可能好。
房屋建筑结构设计中施工图阶段的结构优化更加具有经济效益，钢筋尽量采用高强钢筋。结构优化基本原则：薄弱位置、抗震不利位置应加强，重要受力构件同时满足计算和规范要求，非受力一般构件满足构造要求。①剪力墙：底部加强区的约束边缘构件适当加强；非底部加强区的构造边缘构件纵筋满足规范最低要求同时水平箍筋可利用强身钢筋替代，错层、跃层等不利位置墙柱提高抗震等级和构造等级。②结构梁：箍筋按照规范要求确认最小箍筋直径，切勿盲目放大。梁支座与跨中配筋由计算决定，支座及跨中配筋不应超过计算面积的5%（悬挑梁顶面筋适当放大，一般不超过30%）；主梁面筋贯通筋尽量选用小直径钢筋，支座附加，梁底筋（比如第二排）按照规范可不伸入支座，连续梁各跨底筋尽量采用相同直径和不同根数配置，但要满足拉通钢筋的截面面积等构造要求和支座锚固宽度限制。③楼板：除卫生间、露台、较大跨度异形板之外配筋方式应采用分离式配筋；阳台在长跨方向应采用分离式配筋。对于简支板周边按规范构造要求设置板筋；异型板阳角处增设放射钢筋，大跨度异形板应按有限元计算结果进行分板带配筋；筏板、地下室顶板、屋面板采用通长筋+附加筋的形式设置。④建筑大样、雨棚等受力筋按照计算确认，其他非受力钢筋按照规范最低构造要求设置。通过以上优化技术不仅可以优化结构含钢量，取得良好的经济效益，同时可以更好的实现“强柱弱梁、强剪弱弯、强节点弱构件”的抗震设防原则，使结构具有更好的抗震性能，结构够更安全。
三、总结
通过上述阐述，房屋建筑结构设计中结构优化的追求的目标：既满足建筑结构的安全性、经济性又符合建筑的功能。本文作者认为实际上是资源（材料、人力、财力等）的重分配组合问题，该省的地方省，该多配的多配，钱花在刀刃上。因此在现阶段市场环境中，结构设计人员应加强各种优化技术的学习和运用，不断提高设计水平。同时对施工工艺的学习和领悟，使设计成果更利于施工，推动甲方、施工方、设计方降本增效，为整个建筑行业的发展贡献自己的一份力量。
参考文献：
[1] 叶曦 浅谈房屋建筑结构设计中如何应用优化技术. 规划设计, 2015,
作者简介：戚伟（1986-），男，湖南长沙人，工程师，本科，工作方向：结构设计。