【摘 要】結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)直接影響結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性，在日益注重經(jīng)濟(jì)性的大背景下顯得尤為重要。本文討論了基于PKPM軟件下結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的幾個問題，如材料選擇問題、梁頂面通長筋問題、約束邊緣構(gòu)件構(gòu)造配筋率問題及抗震墻連梁剛度折減問題等，與工程設(shè)計(jì)人員共同交流探討。
【關(guān)鍵詞】結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)；PKPM
結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)面臨很多問題與挑戰(zhàn)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)質(zhì)量與技術(shù)質(zhì)量同等重要，通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)可以提高結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)產(chǎn)品的品質(zhì)，達(dá)到安全耐久性與經(jīng)濟(jì)性的統(tǒng)一。結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)是指在滿足各種規(guī)范或某些特定要求條件下，使建筑結(jié)構(gòu)的某種指標(biāo)為最佳的設(shè)計(jì)方法。本文作者通過多年使用PKPM設(shè)計(jì)軟件，歸納總結(jié)出一些優(yōu)化設(shè)計(jì)、影響結(jié)構(gòu)造價的途徑，與工程設(shè)計(jì)人員交流分享。
1、材料選擇問題
高強(qiáng)混凝土高強(qiáng)鋼筋目前已廣泛應(yīng)用，其優(yōu)越的性價比已達(dá)成廣泛共識。本文要說的是《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50010 -2010）表8.5.1注2中規(guī)定當(dāng)采用強(qiáng)度等級400MPa、500MPa的鋼筋時，其最小配筋百分率應(yīng)允許采用0.15和45ft/fy中的較大值。目前PKPM軟件版本中還沒有體現(xiàn)這個規(guī)定，設(shè)計(jì)中應(yīng)予以注意。如：板筋采用HPB300級別鋼筋時，采用強(qiáng)度等級C30砼時最小配筋率為0.238%。如板筋采用HRB400級別鋼筋時，采用C30砼時最小配筋率為0.179%，由最小配筋率控制的配筋量省鋼25%。
2、梁頂面通長筋問題
從節(jié)約的角度，建議框架梁設(shè)架立筋，即頂面通長鋼筋可以選擇直徑較小的鋼筋與支座鋼筋搭接（受力需要設(shè)置通長鋼筋例外），《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50011-2010第6.3.4 條對此有明確規(guī)定�？蚣芰涸O(shè)置架立筋有一個好處，就是梁每個支座均通過架立筋搭接，每個梁支座配筋可根據(jù)計(jì)算需要設(shè)計(jì)不同鋼筋直徑和根數(shù)，而不必兼顧通長鋼筋的配置。PKPM軟件墻梁柱施工圖模塊自動生成的施工圖就是按這個原則生成的，而很多設(shè)計(jì)院習(xí)慣把架立筋改成通長鋼筋，本文作者認(rèn)為沒必要且是浪費(fèi)的。
3、約束邊緣構(gòu)件構(gòu)造配筋率問題
某高層剪力墻結(jié)構(gòu)住宅，抗震等級為一級，經(jīng)PKPM軟件計(jì)算后發(fā)現(xiàn)第一標(biāo)準(zhǔn)層第28號邊緣構(gòu)件配筋率為1.47%，配筋簡圖及配筋文本文件如下：
從以上的文本文件可以看出，28號邊緣構(gòu)件僅需按構(gòu)造配筋即可，《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》JGJ3-2010第7.2.15條規(guī)定構(gòu)造配筋率為1.2%，而SATWE模塊中邊緣構(gòu)件簡圖給定的配筋率卻是1.47%，這和規(guī)范是不相符的，有PKPM自己延伸的算法在里面，本文作者認(rèn)為不必遵照配筋簡圖配筋，按配筋文本文件結(jié)果構(gòu)造配筋，滿足陰影區(qū)域配筋率1.2%即可。
4、容易忽略的參數(shù)設(shè)置問題
剛域，PKPM官方給出的說法是一般情況不勾選，本文作者認(rèn)為任何情況都宜勾選，考慮剛域作用，可以適當(dāng)減小梁端截面的彎矩值，從而減少配筋量。經(jīng)多次試算，層高不高時考慮剛域影響對配筋影響較大。
框架梁端配筋考慮受壓鋼筋，勾選后可以有效減小跨中鋼筋量，并且有利于實(shí)現(xiàn)“強(qiáng)柱弱梁”，有利于結(jié)構(gòu)抗震。較早版本的PKPM是沒有這個選項(xiàng)的，完全按單筋梁計(jì)算，保守的工程師所謂的安全考慮，不勾選此項(xiàng)，本文作者認(rèn)為大可不必，“好鋼用在刀刃上”乃上策。
實(shí)配鋼筋超配系數(shù)，默認(rèn)取值為1.15。有審查者認(rèn)為不是9度時框架或者一級框架結(jié)構(gòu)，應(yīng)該將此參數(shù)改為1.00。PKPM對這個參數(shù)已經(jīng)能自動識別不需要修改，對其他類型的結(jié)構(gòu)，也不需要人工修改為1.00。
5、抗震墻連梁剛度折減問題
《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50011-2010第6.2.13條條文說明規(guī)定，計(jì)算地震內(nèi)力時，抗震墻連梁剛度可折減；計(jì)算位移時，連梁剛度可不折減�；谶@條規(guī)定，我們在計(jì)算位移等控制指標(biāo)時連梁剛度不折減，待位移指標(biāo)通過后，再將連梁剛度折減進(jìn)行配筋等其它計(jì)算，需要計(jì)算兩版模型。這么計(jì)算的好處就是使結(jié)構(gòu)剛度不至于為了滿足位移指標(biāo)要求過大，結(jié)構(gòu)剛度小了，吸收地震力自然就小了，整個結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)就會下降。
6、雙向板計(jì)算方法問題
PKPM中提供雙向板的計(jì)算方法有兩種可以選擇：彈性算法和塑性算法。按彈性理論計(jì)算安全儲備過大，而塑性鉸線理論更接近于實(shí)際受力狀態(tài)，有關(guān)試驗(yàn)表明，塑性鉸線理論計(jì)算結(jié)果也具有一定的安全儲備。有很多設(shè)計(jì)人員選用彈性算法后，居然還將鋼筋面積調(diào)整系數(shù)填寫個大于1的數(shù)，造成了相當(dāng)?shù)睦速M(fèi)。
7、KPM計(jì)算有待改進(jìn)問題
樓板計(jì)算目前PKPM采用板塊單獨(dú)計(jì)算的原則，支座負(fù)彎矩未考慮兩端平衡問題，這樣配筋只能按兩跨支座負(fù)彎矩最大值計(jì)算，造成一定浪費(fèi)，支座負(fù)彎矩完全可以按樓板線剛度重新分配，按平衡后的負(fù)彎矩計(jì)算配筋。
剪力墻軸壓比PKPM采用墻肢獨(dú)立考慮軸壓比，未考慮組合軸壓比，這又是PKPM需要改進(jìn)的一個問題，剪力墻墻肢肯定要共同工作，而不是墻肢獨(dú)立工作，很多時候組合墻肢中一個墻肢軸壓比超限，另外與其相連的墻肢軸壓比卻富裕很多，明顯不合理，有待改進(jìn)。
8、結(jié)束語
結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)是一項(xiàng)極其復(fù)雜的系統(tǒng)工程，是需要工程師長期積累的過程。本文所列幾個問題只是結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中非常渺小的幾個點(diǎn)而已。我們必須承認(rèn)在建設(shè)實(shí)踐中，還存在一個巨大的未知領(lǐng)域，需要我們不斷總結(jié)建設(shè)經(jīng)驗(yàn)、集中專家智慧、建立相應(yīng)的人工科學(xué)來取得相對優(yōu)化的結(jié)果。
參考文獻(xiàn)：
[1]建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50011-2010[S]）.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2010
[2]高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程（JGJ3-2010[S]）.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2011
[3]李國勝.多高層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化與合理構(gòu)造（第二版）[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2012
[4]SATWE多層及高層建筑結(jié)構(gòu)空間有限元分析與設(shè)計(jì)軟件（墻元模型）用戶手冊[M].北京：中國建筑科學(xué)研究院設(shè)計(jì)軟件事業(yè)部，2011
[5]混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50010-2010[S]）.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2011
