【摘 要】結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計不應(yīng)僅僅在結(jié)構(gòu)本身，而是應(yīng)包括建筑的各方面，比如提高建筑空間利用率、增加建筑投入使用后的舒適度和提高建筑的經(jīng)濟效益（性價比）等，為此科學地確定建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計幾項基本原則并有效地按照這些基本原則去進行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計，是非常重要的。

【關(guān)鍵詞】建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計；強度和穩(wěn)定性；舒適度

說到優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計，可能有人以為優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計嘛，只要通過受力計算，準確地計算出所需的鋼筋用量和布置方式，使結(jié)構(gòu)構(gòu)件受力最佳、鋼筋用量最省、功能最齊全，其實這是不對的，至少是不全面的。因為任何一幢建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案提出之后，從結(jié)構(gòu)選型和構(gòu)件布置開始就已經(jīng)存在是否優(yōu)化的問題，再加上隨后的每一個設(shè)計程序也都需要結(jié)構(gòu)工程師去進行精心思考、準確計算和合理選用建筑材料等全過程的優(yōu)化設(shè)計，才能最終產(chǎn)生優(yōu)化的結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計不應(yīng)僅僅在結(jié)構(gòu)本身，而是應(yīng)包括建筑的各方面，比如提高建筑空間利用率、增加建筑投入使用后的舒適度和提高建筑的經(jīng)濟效益（性價比）等。為此，科學地確定建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計幾項基本原則并有效地按照這些基本原則去進行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計，是非常重要的。

1 不規(guī)則建筑平面布置產(chǎn)生規(guī)則結(jié)構(gòu)效應(yīng)的原則

有規(guī)則建筑體型和平面布置的結(jié)構(gòu)，因其受力較簡單，造價相對較低。但由于不同使用功能的需要，建筑的體型和平面布置是多種多樣的，不可能因結(jié)構(gòu)要求規(guī)則而對結(jié)構(gòu)設(shè)計師的創(chuàng)作提出無理要求，倒是可以在滿足不同使用功能的前提下，通過對結(jié)構(gòu)墻、柱的布局和墻肢長短的調(diào)節(jié)，使不規(guī)則的建筑體型和平面布置產(chǎn)生規(guī)則結(jié)構(gòu)的效應(yīng)，同樣可以使建筑結(jié)構(gòu)達到經(jīng)濟結(jié)構(gòu)和安全使用的預(yù)定目標。
當然，從理論上講，任何建筑體型都有一種相對比較規(guī)則的結(jié)構(gòu)受力方案，因為當建筑體型確定以后，整體建筑的形心和質(zhì)量中心（重心）就也確定了，結(jié)構(gòu)設(shè)計師在設(shè)計時只要使結(jié)構(gòu)的荷載中心和剛度中心盡可能地接近乃至重合，該建筑結(jié)構(gòu)就基本具備了穩(wěn)定和規(guī)則性的條件，而且，樓層平面面積越大，內(nèi)部可分隔的空間越多，就越能做到規(guī)則的結(jié)構(gòu)布置，建筑結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性和安全度就越有保障。從力學觀點來說，結(jié)構(gòu)的荷載傳遞路徑應(yīng)力求簡單和直接。建筑結(jié)構(gòu)中空間關(guān)系較復(fù)雜的部位，在設(shè)計時常會出現(xiàn)多次轉(zhuǎn)換的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，猶如轉(zhuǎn)換層，這樣，會導致造價提高，也容易發(fā)生因失穩(wěn)而引起的安全問題。結(jié)構(gòu)構(gòu)件的傳力途徑有多種多樣，其支撐構(gòu)件也可根據(jù)傳力需要按科學、合理的方案進行變換，因此，可以說沒有固定不變的結(jié)構(gòu)布置，也沒有一成不變的傳力途徑。而如果設(shè)計師采用最直接、最簡單的傳力途徑，就可以省去許多中間傳遞的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，從而也可減少結(jié)構(gòu)的安全隱患，使結(jié)構(gòu)受力更明確，材料更省，其造價自然也會更低些。

2 盡可能提高建筑投入使用后的舒適度原則

所謂好的建筑，應(yīng)是從建筑、結(jié)構(gòu)、裝飾裝修到給排水、暖通、空調(diào)、燃氣、電氣安裝等各專業(yè)的優(yōu)化設(shè)計組合，是整體優(yōu)化設(shè)計，如果僅僅是某個專業(yè)設(shè)計得好，是不可能被稱作是一個好建筑的，結(jié)構(gòu)設(shè)計也不能例外的，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計要能最大程度地滿足建筑平面布置、內(nèi)部空間高度和建筑立面等使用功能和外形觀感的要求，投入使用后，使用戶在工作和生活中感到很舒適，使建筑真正成為人人贊美的好建筑，這才是建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的出發(fā)點和落腳點。因此，建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計應(yīng)包含結(jié)構(gòu)體系的優(yōu)選、傳力途徑的科學性、構(gòu)件布置的合理性、構(gòu)件和材料選用的正確性等內(nèi)容。我們應(yīng)該把盡可能提高建筑投入使用后的舒適度作為建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的一條重要基本原則。

3 建筑結(jié)構(gòu)整體安全度原則

我國早已頒布實施的《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》（GB50011-2001）規(guī)定的抗震設(shè)計的標準是：“小震不壞，中震可修，大震不倒”，是說整個建筑結(jié)構(gòu)所有構(gòu)件要共同達到的目標。如果一個工程有99%的構(gòu)件在大震作用下不會被破壞，而其中有1%的構(gòu)件即使在小震作用下就被破壞，導致整個建筑垮塌，那么，這個工程還能說是結(jié)構(gòu)安全嗎？所以我們認為，結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計應(yīng)全面考慮整體建筑的每個構(gòu)件，都具有可靠的承載能力，確保整個結(jié)構(gòu)安全度的可靠性，確保實現(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范規(guī)定的設(shè)計標準，達到建筑結(jié)構(gòu)既安全又經(jīng)濟耐久的總目標。這就是結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)堅持的建筑結(jié)構(gòu)整體安全度原則。

4 特殊情況重點加強，確保結(jié)構(gòu)整體安全原則

結(jié)構(gòu)構(gòu)件在建筑中所處部位不同，其受力狀態(tài)和受力大小不同，結(jié)構(gòu)設(shè)計師在設(shè)計時應(yīng)有不同的計算和處理方案，應(yīng)逐個予以正確地解決，而不能機械地按規(guī)范條文和電算軟件去處理。比如，高層建筑的轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)構(gòu)件，當墻、梁、柱構(gòu)件出現(xiàn)偏心時，應(yīng)對相關(guān)構(gòu)件作出特別加強構(gòu)造措施；而功能復(fù)雜的綜合性建筑，當剪力墻上洞口較多時，應(yīng)根據(jù)錯洞情況用暗柱予以特別加強；一字形剪力墻兩端應(yīng)采取較大截面的暗柱作特別加強；框架柱應(yīng)重點加強其延性設(shè)計；對異形柱應(yīng)對其長肢端部作加強處理；靜定結(jié)構(gòu)的構(gòu)件應(yīng)加大其安全儲備；大懸臂梁、板構(gòu)件則應(yīng)增加在豎向地震力和風荷作用下強度及穩(wěn)定性設(shè)計；非結(jié)構(gòu)受力構(gòu)件應(yīng)加強連接構(gòu)造，以增強建筑結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性；受水土侵蝕影響的構(gòu)件應(yīng)充分考慮水土的侵蝕作用對構(gòu)件的影響力大小，以便采取相應(yīng)的抵御措施；不設(shè)后澆帶的超長結(jié)構(gòu)和高低懸殊結(jié)構(gòu)應(yīng)采取特別措施處理，以確保結(jié)構(gòu)的整體安全等等。

5 對不同構(gòu)件采用不同的安全系數(shù)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計原則

無數(shù)結(jié)構(gòu)試驗證明：由于現(xiàn)澆鋼筋混凝土樓板的約束作用，可以在很大程度上提高樓蓋梁的承載能力，最高時可提高約1.5倍。而現(xiàn)行國內(nèi)結(jié)構(gòu)計算軟件卻不能準確反映現(xiàn)澆樓板的這種約束作用，一方面，按力學計算結(jié)果進行結(jié)構(gòu)設(shè)計的話，對現(xiàn)澆樓蓋梁而言，它的安全系數(shù)就偏高了許多。另一方面，從對出現(xiàn)垮塌事故的工程進行事故原因調(diào)查和分析可以得知，由于樓蓋或樓蓋梁的問題而導致結(jié)構(gòu)破壞的工程實例極少，除非是結(jié)構(gòu)計算本身有誤。從許多震害調(diào)查的工程實例中也可得知，在地震力作用下建筑倒塌的主要原因，也大多是由于墻、柱等豎向構(gòu)件首先遭到破壞所致。而結(jié)構(gòu)工程師為確保建筑的整體安全，往往不分構(gòu)件的實際承載能力，對所有構(gòu)件均給予相同的安全系數(shù)，這就是造成結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理的重要原因。因此，我們認為在結(jié)構(gòu)設(shè)計時，對獨立構(gòu)件、靜定結(jié)構(gòu)和豎向構(gòu)件應(yīng)采用較大的安全系數(shù)，而對樓板和樓蓋梁的安全系數(shù)可予以適當降低，這樣處理既可以降低工程造價，又可提高結(jié)構(gòu)的綜合安全度。

6 關(guān)注實際結(jié)構(gòu)與計算模型不同的原則

一般來講，電腦可按輸入的程序作計算，但它不會做分析，如果結(jié)構(gòu)工程師想依賴電腦將它的計算結(jié)果進行結(jié)構(gòu)分析的話，會給結(jié)構(gòu)留下較多的隱患�，F(xiàn)行應(yīng)用軟件中墻板構(gòu)件是通過假定來實現(xiàn)的，它在某種特定結(jié)構(gòu)布局下是不符合假定條件的，這樣的電算結(jié)果是容易出現(xiàn)問題的。因此，除了整體電算需要人工調(diào)整外，很多手算的局部構(gòu)件也存在同樣的問題，可見實際結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)與計算模型是不一樣的，設(shè)計時務(wù)必要特別予以關(guān)注。

7 降低結(jié)構(gòu)造價原則

建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的最終目的，就是要使設(shè)計出來的結(jié)構(gòu)不僅各個構(gòu)件受力均衡，技術(shù)應(yīng)用科學、合理，而且結(jié)構(gòu)整體安全、可靠，每一個構(gòu)件都能充分發(fā)揮其最大作用，這樣才能使設(shè)計出來的建筑結(jié)構(gòu)最終達到既受力均衡、堅固耐久，又經(jīng)濟、合理和安全可靠的目的。由于結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要任務(wù)是在滿足建筑使用功能的前提下，確保建筑投入使用后的安全性和舒適度，使其具有更強的生命力，而結(jié)構(gòu)造價在建筑產(chǎn)品中的比重很大，通過精心思考后的優(yōu)化設(shè)計能給建筑產(chǎn)品帶來可觀的經(jīng)濟效益，這也是辦一切事業(yè)的基本出發(fā)點和落腳點。結(jié)構(gòu)工程師在對建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計時，務(wù)必要把降低結(jié)構(gòu)造價當作重要的基本原則來予以重視，千萬不可掉以輕心。