建筑結構優化定義及眾多工程師探索討論案例

    在一個結構論壇群里，大家對結構優化討論的非常熱烈，各抒己見,尤其是在設計院工作和在房地產工作的結構工程師們爭論得非常激烈, 似乎身份不同,技術觀點也就不同了（俗話說：腦袋跟著屁股轉，看起來以建筑安全為己任的結構師也不能例外）。我也說下自己對結構優化的看法（我的屁股目前還坐在設計院的椅子上），歡迎拍磚。

    我覺的首先應該給“結構優化”下個定義：只有尋求更加安全、經濟、合理的結構形式才算是結構優化，而不是只要把鋼筋摳下來都算是優化。 當然什么是“尋求好的結構形式”，沒有一個明確的像數學公式一樣的標準，但至少一多半的問題大家還是可以明確什么是結構優化，什么是摳鋼筋的，除非站在一個非公正的立場上。 如果大家認可這個結構優化的定義， 那其實結構優化應該是設計院在不同的設計階段尤其在方案和初設階段來解決的。當然在這個階段有些有技術實力的開發商也可以參與進來共同確定，但并不能改變結構優化的性質和設計階段的必要性。甲方拿到最終的施工圖，再找所謂的優化公司去做，那會給各方帶來很大的麻煩。當然這個過程對于有些大項目可能只憑設計院或甲方的技術自身解決不了，那就應該請專家或專業公司一塊去研究，比如上海中心、鳥巢那樣的項目。那為什么會產生“結構優化”這個問題和進行結構優化的群體呢？我覺的這背后是利益、設計院在市場混亂的無奈、甲方管理水平、 甚至政府管理、 誠信等等整個系統（不僅僅建筑系統，大而化之是整個社會系統）的問題而產生的表像。還有就是對這個“結構優化”的“認知”不夠問題。試想，結構工程師的論壇里對“結構優化”的理解都不統一（不是說結構優化的某個技術觀點不統一），如何去要求以經濟利益為第一要務又有話語權的開發商去正確的執行呢？所以論壇里有人指出行業里流行的“結構優化”是個偽命題，我同意這個說法。 但人們發現這個偽命題本身就非常困難， 解決它更不是結構設計師能單獨完成的。所以大家能透過現象看本質，做個良心從業者 、出污泥而不染， 就很不容易了。

    有幾個結構優化或摳鋼筋的例子和大家分享一下，請原諒隱去事情的一些信息。

    幾年前一個工業地產的甲方朋友說有一個挺大的項目要我幫忙進行結構優化。項目是多層標準電子廠房，混凝土框架結構。是北京一家不小的XX設計院設計的，我一聽，感覺優化的空間不是很大。甲方朋友說公司有政策，優化下來鋼筋按比例給甲方組織者和優化人。我一聽好呀，有錢干嘛不賺呢。等圖紙發給我一看，是個普通的多層框架結構，頂層大空間，屋面輕型鋼屋面。跨度也合理，大板樓板，梁斷面高度較小偏胖。   

    我給朋友說我搞不了，就拒絕了。 我朋友也是搞結構的，說摳點鋼筋還不容易，也好掙錢。實話說摳點鋼筋真的并不難，比如：

    一、把所謂的不確定的隔墻荷載減掉。反正建筑是個大空間，甲方沒要求，這個荷載可以不加，結構設計也沒錯，但這樣做其實降低了使用者未來的可能性。

    二、做梁板結構鋼筋應該能下來一點，但這個也談不上優化。因為綜合考慮未必就一定好于大板。因為設計師的信息缺乏，沒有建造的經驗（比如模板、人工造價占比等）和市場的訊息萬變的掌握（現代的行業內部分工，這些也不可能掌握），這點其實很難判斷，但改成梁板鋼筋肯定應該降下來。

    三、還有把梁柱的斷面調整一下,卡下規范的下限。但稍微胖點也不是沒道理，也許結構設計師和建筑師已經進行過很多權衡呢。

    四、鋼筋的選擇，即使軟件同樣的計算鋼筋面積，在選擇的時候歸并的程度也可大可小，比如多選鋼筋型號自然就少了。   

    等等，還有很多....。

    我覺的這幾點都不能是算做優化，只能算是摳鋼筋。我給甲方朋友開玩笑說，我可以做這事，但必須和你們老板說明白，這是摳鋼筋不是結構優化，摳完了鋼筋帶來的不利影響和可能的問題也得說清楚。而且協議要寫上：是為了在符合規范的前提下盡量減少鋼筋，這樣我才可以干這事，后來朋友就哈哈了。我心里想的是不能打著優化高大上的旗幟去干摳鋼筋這種惡心的事。

    也許朋友找別人去“優化”了。

    還有一個案例是一個學校的風雨操場，我是結構審核簽章人，當然得對結構安全負責，造價就是良心事了。項目是外地教育局投資的，建筑兩層進深21米。首層多跨框架，二層大空間，建筑和結構方案是二層屋面也是混凝土梁，巨大。我不同意，認為應該輕鋼結構屋面。但項目經理說那個城市其它的學校都是這種混凝土屋面，鋼結構屋面還得油漆檢修，當地教育局就認這種結構啦balabalabala...的，還拿出一個已建成的風雨操場，的確是混凝土屋面梁，用的勁性梁柱，巨浪費。我也只好同意了，但要求必須加密柱子，也要采用勁性結構。我開玩笑說，建一個等于建了三個，反正教育局也有錢。

    我覺的這就屬于結構不合理應該優化的，但誰知道設計院的無奈呢。 后來戲劇化的是，甲方可能覺的這種設計太花錢了，又把屋面梁改成輕鋼的了，讓我們發變更，不過勁性柱子已經施工了，現場遠看柱子像兩排沒有完工的巨型欄桿，巨密。只能改屋面了，算亡羊補牢吧。

    我想起來了袁紹的謀士田豐的故事，所以趕緊安排人改了，就當以前什么也沒發生過。

    還有一個也算是結構優化吧。某大都市的一個郊區舊辦公樓，框架結構，因為租給了需要疏解的事業單位，政府撥款進行改造，功能沒變，但要用抗震新規范設計加固。設計院采用了加部分剪力墻方案，但計算下來梁柱節點抗震不夠，就包鋼。因為工期太緊，結構加固難度太大，所以甲方和施工單位就沒做加固，只做其它專業的改造直接交活了，但沒做加固不好交差呀。總包和甲方讓設計院出優化方案，設計院的方案就是在包鋼、加墻上來回糾結。后來設計院實在沒轍了，干脆說你們找別人吧，我們做不了。甲方和總包愁死了，找到我看咋弄呀？我出了主意采用粘滯性阻尼器，后來經計算效果還不錯，能滿足要求，也好施工，基本不影響辦公使用，大家很滿意。

    我覺的這才是結構優化，大家覺的呢？  拋磚引玉......。

    如果對“結構優化”再深入分析的話，那首先就是定義什么是“結構”？應該是一系列結構構件有機組合在一起滿足建筑安全、經濟功能的"組合"。所以本文開頭的結構優化定義其實就是尋求盡量最優"組合"的過程。但這僅僅是結構設計的一個層次，還有低一級的層次就是結構“構件”的設計。

    在實際的工作中，對于一般工程中，在“構件”這個設計層次上，問題表現出來的似乎更多。這不是本文討論的內容，僅舉一兩個例子說明。比如地下室墻體底部設置巨大的所謂地基梁；與地下室外墻相連尤其外墻拐角處設置的“框架柱”（有的根本不需要設置）配筋構造和普通框架柱完全相同；普通高層住宅樁筏基礎的樁均勻布置而不是考慮和上部墻柱對應等等等等不勝枚舉，這些就屬于構件設計概念的問題。如果再劃分的話，還可以劃出一個更低的層次，就是“精心設計”，比如不分情況的雙層雙向的配筋，剛性基礎的混凝土配筋還加墊層（傻傻分不清是概念問題還是精心設計問題）等等。

    所以一個好的結構設計應該分兩個層次（或曰三個層次），一是結構優化，也是最重要的，二是避免構件設計的概念錯誤和精心設計，因沒有合適的詞語表達這種情況，暫且叫做精細設計吧。當然這兩個層次不是所有的時候都分的那樣的清楚，但有意識的劃分一下對分清問題的性質而有針對的解決還是有必要的。比如你是個甲方結構工程師，在設計的方案階段就參與結構形式。

    的確定，初設和施工圖階段讓設計院被形式所迫無奈趕鴨子上架的年輕設計師們盡量避免概念錯誤和精心設計，而不是開工前臨時抱“結構優化”的佛腳。當然甲方的工程師也有難處，很多時候不是自己能左右的，理解萬歲吧！

    至于“摳鋼筋”是不能和“結構優化設計”和“精細設計”

    混在一塊說的。為了經濟的因素，任何時候都卡規范的要求的最低限，肯定不會成為一個好的項目。很多人不仔細分析“結構優化”“精細設計”“扣鋼筋”概念的不同混在一塊說，或根據自己屁股做的位置采用不同的詞語，比如設計院把所有甲方提出的圖紙意見都叫“摳鋼筋”，而甲方把明明就是“摳鋼筋”但美其名曰叫“結構優化”，就像第一個例子我的朋友那樣，是技術問題？理解問題？還是“德”的問題？值得深思！   文徑網絡設計整理   

    原標題：從工程總結構優化那點事兒 

(本文來源：土木吧網    文徑網絡數據中心：尹維維 劉真 編輯    文徑 方俊 審核）

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