摘要：在設計中進行結構優化是必須的，但不能簡單地理解為僅僅是減少鋼筋和混凝土的用量，應當從建筑方案設計階段就開始結構方案的初選，通過多種方案的計算比較才能獲得建筑、結構協調一致的最優方案，從而為業主提供最佳的產品。
　　關鍵詞：結構分析，優化設計，抗震性能
　　一前言
　　汶川地震給全中國乃至全世界人民帶來無法忘卻的震撼。作為基本建設項目的管理者,應自我反省，提高管理能力。在建筑結構上的必要投入，建設有安全保障的項目，是項目建設各參與方必須承擔的義務。
　　汶川地震發生后，建設部在7月31日即頒布了《建筑抗震設防分類標準》[1]和《建筑抗震設計規范》修訂版[2]，從標準上提高重要建筑的抗震設防等級，這是十分必須的，也是非常及時的，為新建建筑的設計及時提供了依據。
　　近年來，不斷上漲的土地價格給項目建設成本控制帶來極大的壓力。同時為了追求更新穎的建筑風格，各種標新立異、形式獨特的結構形式不斷涌現，如角窗、大開洞、大懸挑、底部大空間、高位轉換、連體、空中花園、大高寬比、超高層住宅等等。由于土地價格的市場化,其價格難以控制,降低工程造價，特別是減少建筑結構中的鋼筋和混凝土用量就成為部分業主追求的直接目標，甚至在設計合同中設置不合理的控制最高用鋼量的條款。而項目管理人員和設計人員片面理解結構優化設計就是降低材料用量，把所有結構構件中的鋼筋用量都按照規范規定的最低要求進行設計，從而給建筑結構的安全性、耐久性帶來隱患。
　　二影響結構抗震性能的因素
　　結構優化設計不僅僅是一個專業的工作，一棟建筑最終能夠取得優化設計的效果，一定是建筑、結構、水、暖和電五個專業密切配合的結果。一般來說，影響結構抗震性能的因素主要有以下幾個方面。
　　1建筑方案
　　(1)平面布置
　　在建筑方案設計時進行結構的初步整體計算分析非常重要。通過分析，將影響整體結構抗側剛度、抗扭剛度的因素以及平面規則性、樓板連續性等對結構抗震不利的問題，及時向建筑師提出調整意見，這樣就可以達到建筑結構的協調，同時也能提高工作的效率。《高層建筑混凝土結構技術規程》[3]第4.3節對結構水平及豎的規則性上有明確定的規定：如在高層建筑的一個獨立結構單元內，宜使結構平面形狀簡單、規則，剛度和承載力分布均勻。不應采用嚴重不規則的平面布置。
　　(2)角窗
　　結構優化應當在建筑方案設計時就要參與。對于高層項目,角窗的設置導致剪力墻端部缺少約束,其空間作用的效應大大降低,對平面的整體剛度的貢獻也要下降,因此為滿足規范對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最外側的四個角部設置角窗時，結構工程師應通過計算進行對比分析，使得結構的質心和剛心盡可能重合，從而減小由于角窗的存在而導至的結構的扭轉。
　　(3)高寬比
　　高寬比的大小對整體結構抗側剛度的影響很大,當結構的高寬比大于6時，結構在風荷載作用下的位移就可能已超過規范限值，即使所有的隔墻都采用剪力墻都可能滿足不了規范的限值要求，這樣的平面布置，鋼筋和混凝土的用量都比較大，經濟性也較差。因此，在建筑方案設計時，應適當增加平面寬度，降低高寬比，在平面布置中設置一定數量的通長墻體，提高墻體的抗側剛度。
　　(4)轉換層
　　在高層建筑設計中,應盡量避免采用整個樓層的轉換。如果建筑功能上確實需要有底部大跨度空間的要求,則應保證有足夠數量的落地剪力墻,對于局部墻體轉換盡量采用梁式轉換,避免采用厚板轉換或多級次梁轉換。采用整個樓層的轉換結構,除了轉換構件的用鋼量較大以外,由于結構構件的抗震等級提高,以及相應的抗震措施大大加強,構造鋼筋的配筋量要提高,因而整體結構用鋼量會大大提高。
　　(5)懸挑陽臺
　　在居住建筑中，外挑陽臺伸出長度1.5m-2m是常見的，汶川地震震后情況表明：在工程中如果對這種外挑陽臺處理不當，會對結構的豎向抗震性能極為不利。因此工程師在結構設計的過程中一定要在陽臺的角部設置接各層陽臺的構造柱，從而改善結構的豎向抗震性能。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，為了使陽臺處的連梁不承受過大扭矩，宜采取相鄰房間樓板厚度與陽臺挑板厚差不超過30mm，陽臺挑板配筋按相鄰樓板厚度計算確定。陽臺挑板與樓板上皮標高相同時，挑板上鋼筋伸入相鄰樓板的長度與挑板長度相等，當挑板與樓板上皮標高不同時，則上述鋼筋各自在連梁中滿足受拉錨固長度。
　　(6)出屋面塔樓
　　現代建筑為了要注美觀，往往在屋頂做出形式各異的造型，很多工程師在設計過程中都未對此類情況以足夠的重視，而汶川地震則用事實向大家說明：出屋面小塔樓在地震作用下的破壞是很嚴重的；特別是在中震或大震時，小塔樓的鞭梢效應起了很大的作用。因此，在進行小塔樓的結構設計時，一方面應盡量減少不必要的構件重量，另一方面應提高結構構件的抗震措施，提高構件的延性。對于不利于抗震的建筑造型、構架應及時向建筑師提出優化設計設計建議，避免建筑物在遭受地震時發生嚴重的損害。
　　2抗震構造措施
　　要達到“小震不壞、中震可修、大震不倒”的抗震設防目標，必須按照規范的抗震措施以及構造措施進行設計。規范中的構件最小截面尺寸、最小配筋率是作為結構受力的最低要求，對于重要的部位、重要的構件還應當提高其抗震性能。在鋼筋混凝土結構中，一般情況下，框架、框架—剪力墻結構中的框架柱在整體計算中都是構造配筋，但這次汶川地震的大量震害表明，框架結構出現塑性鉸時都發生在柱頂，說明并沒有實現“強柱弱梁”的目標,柱子的抗彎強度相對梁而言還是偏小；對于框架—剪力墻結構、剪力墻結構中的剪力墻，其分布鋼筋往往在整體計算中也表現為構造配筋，如果按照規范剪力墻分布鋼筋最小配筋率的要求設計，200mm厚的墻體只要配置Φ8@150的鋼筋,這顯然是不合適的，Φ8鋼筋在施工中的穩定性都難以保證；針對框架結構中的框架柱截面的最小尺寸也應當予以限制，以保證框架柱在中震或大震下具有足夠的強度和延性。從汶川地震的震害調查中也可以看到，如果能夠按照現行有關結構設計規范的要求設計的建筑，是基本可以達到抗震設防目標的。
　　3預應力管樁的應用
　　近年來，為了降低工程造價，不管地質條件如何，大量的工程都千方百計的使用預應力混凝土管樁。例如，存在較厚的淤泥土層、臨近海邊的有腐蝕性的場地、樁端為中風化巖層而其上部沒有足夠厚度的具有約束能力的土層等等。預應力管樁固然具有樁身強度高、施工速度快、造價低等等優點，在大量的工程中應用，這是可以理解的也是符合市場的要求。但不是所有的地質條件都可以使用，由于預應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；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，由于市場上管樁的供不應求也帶來樁身質量的不穩定等。每一項工程的基礎設計都應當根據場地的實際情況仔細分析研究，選擇合適的基礎形式，該增加的投入則應當予以保證，避免給新建建筑帶來不安全的隱患。
　　三小結
　　以上的幾點思考和探討，是在日常項目建設管理工作中遇到比較多的部分，在具體工程設計中還有很多工作需要設計人員去完成。結構設計的優化工作必須堅持不懈地開展，針對每一項工程的設計，應當根據其建筑特點，在建筑方案設計時就制定優化設計的目標，從方案開始就進行結構的初步計算分析，對于影響結構體系的抗震性能的關鍵因素要及時向建筑師提出建設性意見，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，把結構優化設計與建筑功能達到良好的協調一致作為建筑師與結構工程師共同努力的方向。
　　參考文獻
　　[1]GB50223-2008,建筑工程抗震設防分類標準.
　　[2]GB50011-2001(2008版),建筑抗震設計規范.
　　[3]JGJ3-2002,高層建筑混凝土結構技術規程.              碩士論文網