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结构优化设计

关于结构优化我不太擅长做的也少，但是王昌兴总工很擅长这个，十多年前他的一个设计被两位大师分别给优化设计了一番，王总被削了两顿后，开始另眼看待结构优化这份事情，他本来就是个有能力的人，越发研究起来，现在院里有个“结构优化中心”部门，王总的一部分工作重点就在结构优化上面，如果有兴趣探讨的话，与他谈这个更切实些。

关于结构优化设计，我的理解是分为三个层次的，层次的高低不光体现结构专业的能力，也体现专业间的能力，更体现一个设计单位的综合能力。
1、第一个层次很容易理解，也是结构设计人员被要求进行优化设计时感到最痛苦的层次，那就是你的用钢量太高了，你去被削吧！所以结构优化设计经常被理解为省钢筋，一提到结构优化就会想到结构用钢量、结构用材量多，优化设计就是把每平米用钢量、每平米混凝土用方量减下来，然后每吨钢筋多少钱，每方混凝土多少钱，然后是省了多少钱。这样做的结果是大家都爽了，结构专业被爽了，究其原因是你的设计太多地方被直接优化掉了，这里有显性浪费也有隐形浪费，显性浪费我们大家都干过，比如梁配筋时，主筋计算是17平方厘米，你写在图纸上是4根25，没有什么吧？可算一下账，4根25的面积是19.62平方厘米，结果是你浪费了15%，光说这一点也没什么，怕的是推而广之，整个建筑的钢筋用量被增加15%的话，是什么概念？比如钢筋用量是60公斤/平米，15%的概念就是9公斤，如果钢材5000块一吨，一平米你就浪费了45块钱，一万平米就是45万，“TMD！”开发商说了，“你纯粹浪费我的钱！我卖一套房子才挣多少钱！”在那种情况下，你忽然觉得这样设计真的是浪费了，至于这样是否浪费我后面会再说的。
2、第二个层次也容易理解，一个好的设计需要各个专业配合完成的，那么何种配合才能实现一个好的设计？我的理解是各个专业的设计在建筑中合理分配资源，而不是第一个层次中仅仅由结构专业来节省土建造价，这就涉及到各专业对造价因素的认识，如果没有建筑效果和造价限制，每个专业设计时根本就不会考虑限制问题。大家都搞过设计，有时候说到用钢量多的时候，往往会提到说建筑方案限制了结构方案的经济性，就是这方面的体现，有时候这个对结构造价影响很大，比如扭转为主的结构肯定比平动为主的造价高，16米柱网比8米柱网的造价要高，否则建筑师早就以16米为标准柱网了。对于这类造价因素，有的甲方理解，有的不理解，不管理解不理解，他们还是一个要求，造价不能增加，这就难办了，我在几年前做过一个项目，建筑平面是椭圆形，四层单榀钢框架，柱距从6米到20米，甲方觉得结构造价高，折腾了一阵，不过我也没改设计，搞得大家都觉得我是个浪费的主，我是这样想的，既然建筑效果是这样的，结构优化一下有些油水，但这点油水够甲方的胃口吗？我跟建筑谈你把建筑改了，我就把用钢量减到大家觉得合理用钢量之下，事实是不可能这样搞得，等工程结束后一年，甲方跟我说：“后悔呀，当时应该再增加些面积，或者再搞一个楼也行！”我说“你当时不说我做的浪费吗？”甲方拍着我肩膀说“效果不一样，卖的钱可差远了，那点造价算什么！”
3、第三个层次是很难做到的一个地步，实际上是设计院与甲方之间协作关系，同时也是建立在解决上面两个问题后的协作，甲方应该明确造价与建筑效果的关系，而设计院也能向甲方提供不同的解决方案。现在大多数情况是，设计院大量做建筑方案，甲方眼花缭乱地选方案。
绝大多数甲方不了解建筑本质，不同的建筑方案可能导致不同的使用后果，土建造价只是先期投入，后期使用造价也需要甲方综合考虑的，这种消耗会隐藏在很多建筑细节里，比如建筑层高决定后期制冷、采暖的消耗量，甲方是否关心这个问题，如果关心的话，设计院是否能提出详尽的统计数据？在我看来很多数据都是估计的，就好比你问我层高增加0.1米，结构造价增加估计……
这个层次需要设计院与甲方站在什么样的合作关系，大多数的设计都是一次性的，因为各种原因吧，既有设计院缺少相关专项服务原因，也有甲方缺少细化控制意识原因，还有经济因素，但最重要的因素是时间原因，中国人整体上都患了时间焦虑症，俗话说慢工出细活，中国人在科学发展观的指引下，全都忘了，包括设计院在做设计时也是如此，我听过最反感的一种说法是：你上次做这样的设计用了两个月，这次做一个月还不够？我的回答是：你小时候吃一顿饭要花俩三小时，现在练的这么熟练，你还用专门花时间吃饭！

实际上仔细分析上述三个阶段，可以看出结构优化设计实际上不仅仅是结构一个专业的事情，但是出了结构优化的事情以后，往往由结构专业来承担，好像跟其他专业没有任何关系，而且很多搞优化设计的人在宣传中说道：我们的优化设计没有影响到其他专业的设计和布置，就节省了多少万！这样说可以突出结构优化设计的成果，恰恰掩盖了设计工作的内容性和专业交叉性。按我的理解，结构设计（包括其他专业）既要进行本专业设计，也要进行专业间协调设计，同时进行本专业的优化设计，并向协作专业进行合理建议。而优化设计往往是建立在已完成的设计基础上，差异是蛮大的！

接着再来说结构优化是否就说明结构设计浪费了？我觉得是个误区，难道一提到结构优化就是节省钢筋，太狭义的理解。结构优化应该是在很多结构解决方法中，选择最优的解决办法，这种最优的解决办法取决很多因素，比如做一个不高的地下室外墙，2米墙高，你觉得用什么方案？我给你几个选择：1、混凝土外墙；2、砖砌外墙；3、石砌外墙；4、土坯外墙。当然还有其他选择，如果纯粹为了节省结构造价，就选用土坯外墙，但是如果我跟你说这是监狱半地下室外墙，该用什么方案？看过《申肖克救赎》吧，从安全角度用钢板也不过分吧？连老百姓都知道买个10块钱的本子肯定比3块钱的的质量要高，那么我们的结构用钢量为什么就只能是最低值，这对于消费者来说太不公平了，2000年时候北京的住宅用钢量平均在100多公斤/平米，现在是50~60多公斤/平米，不能说以前的就合理，但两者的安全度还是有很大差异的。

回到前面的第一阶段，做结构设计在仔细计算后，其实没有必要预留这些富裕量，过多的富裕量只能说明你对计算缺乏必要的控制能力，我经常对别人说，你确保计算准确的情况下，都不用看计算书或者建筑方案，就可以在图面上节省很多钢筋。这样说的出发点是从结构本身受力特点得到的，做到也很简单，把结构原理和设计规范读熟一些就可以节省钢筋。

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