關於建築設計優化合理化建議書

建築工程在設計優化的過程中，我們可以提出合理化建議。小編為大家精心準備了建築設計優化建議書，歡迎大家前來閲讀。

本工程的結構設計諮詢工作是在工程初步設計已經完成，並經建設行政主管部門審批後介入的。進行的方式是介入後的結構設計全過程控制，包括對初步設計的修改完善，對施工圖設計過程的控制和對施工圖成果的審核三個方面的工作內容。

本工程位於山東淄博，地下一層車庫，地上一二層營業、辦公，三至十八層住宅，框架—剪力牆結構，平板式筏形基礎。工程抗震設防類別為丙類，抗震設防烈度為7度，地震基本加速度值為0.10g，剪力牆抗震等級為二級，框架抗震等級為三級，設計使用年限為50年，地基基礎設計等級為甲級。

本工程設計方案原為剪力牆結構，並已通過了建設行政主管部門的審查。考慮到下部樓層為營業和辦公，在諮詢過程中首先探討採用框架—剪力牆結構的可行性和優點，配合設計單位對結構方案進行了調整，由剪力牆結構改為框架剪力牆結構，併合理的而佈置剪力牆和框架柱，優化了地基基礎的設計方法，通過多次的設計計算、分析比較、合理調整來滿足規範規程的而要求，保證結構的安全性和經濟性。

在結構施工圖設計過程中，多次與結構設計人員交流溝通，統一了設計的做法和上機計算數據，事先控制保證了結構的施工圖設計沿着安全、合理、經濟的思路進行，使最終的結構施工圖成果文件差錯少、質量優、經濟性好。

施工圖繪製完成後，對結構設計的成果進行了審核，並提出了審核意見。配合設計方對施工圖審查諮詢中心的審核意見進行了修改，對部分審查意見與審查專家進行了溝通説明，修改後的施工圖交付建設單位。

設計諮詢工作和精益求精的結構設計保證了結構設計的技術質量和經濟質量，達到了使營業、辦公空間佈置的方便合理，地下車位的增加，合理的混凝土用量，較低的用鋼量等多方面效益。通過結構設計的諮詢優化，給投資方帶來了很好的效益，使投資方非常滿意。

高層建築項 目投資大，建設週期長，對其進行優化設計能夠有效的減少投資金，但是，由於設計變量、約束條件、計 算量過於龐大的原因，高層建築的結構優化設計並未有效的展開。分析了高層建築結構和工程優化設計理論的發展趨勢，研究了高層建築結構優化設計中存在的問題，並探討了利用滿應力設計法進行高層建築的結構優化設計的可行性。關鍵詞 ：高層建築;結構設計 ;優化設計

高層建築是隨着社會生產的發展和人們生活的 需要而發展起來的，是城市和工商業發展的結果，而 建築技術的進步，輕質高強材料的出現以及機械化、 電氣化、計算機在建築中的應用，又為高層建築的發 展提供了物質和技術基礎。

(一) 高層建築結構的發展趨勢

第一，鋼筋混凝土材料重新得到重視。20世紀 9O年代以來，美國、日本等原來從高層鋼結構起步 的國家開始大力發展鋼筋混凝土結構。與鋼結構相 比，鋼筋混凝土結構具有整體性好、剛度大、位移小、 舒適度佳、耐腐蝕 、耐高温、耐火、維護方便等優點。

此外，即使是在美、日等鋼鐵工業發達的國家，鋼筋 混凝土造價還是低於鋼結構。特別是 20～40層區 間的住宅，多采用鋼筋混凝土框架或框架一剪力牆 結構。我國的高層建築中，絕大部分為鋼筋混凝土 現澆結構，只有少數採用了鋼結構。輕混凝土、高強 混凝土、鋼管混凝土、型鋼混凝土等理論技術已經成 熟 ，而非金屬配筋、新型預應力鋼棒等混凝土增強材 料技術的不斷髮展，也為鋼筋混凝土材料的重新崛 起提供了條件。

第二，組合結構的高層建築發展迅速。採用組 合結構可建造比混凝土結構更高的建築，不但具有 優異的靜、動力工作性能，而且能大量節約鋼材、降 低工程造價和加快施工進度。在不同的情況下，可 以取代鋼筋混凝土結構和鋼結構，科技含量也較高， 對環境污染也較少，已廣泛應用於冶金、造船、電力、 交通等部門的建築中，並以迅猛的勢頭進入了橋樑

工程和高層與超高層建築中。在強震國家 日本 ，組 合結構高層建築發展迅速，鋼筋混凝土組合柱應用 廣泛。由於鋼管內混凝土處於三軸受壓狀態，能提高承載力，從而可節約鋼材。而香港的中國銀行採 用巨形組合柱的建築設計方法，獲得了十分可觀的 經濟效益。隨着混凝土強度的提高以及構造和施工 技術上的改進，組合結構在高層建築中的應用可望進一步擴大。

第三，新型結構形式的應用不斷增加。框架體系、剪力牆體系和框架一剪力牆(支撐)體系是高層建築的傳統結構體系。筒體結構出現於 2O世紀 6O 年代，它的問世對高層建築的發展有重要影響。根 據筒體的不同組成方式，分為框筒體系、筒中筒體系 和多束筒體系3種類型。筒體最主要的受力特點是 它的空間受力性能。無論哪一種筒體 ，在水平力作 用下都可以看成固定於基礎上的箱形

懸臂構件 ，它比單片平面結構具有更大的抗側剛度和承載力，並 具有很好的抗扭剛度。因此，該種體系廣泛應用於 多功能、多用途、層數較多的高層建築中。而 2O世紀 8O年代發展起來的巨形結構(巨形桁架、巨形框架)、應力蒙皮結構、隔震結構等也都已經開始了廣 泛 的應用 。

第四，智能建築的發展異軍突起。現代建築技術和高新技術產業的結合促成了智能建築的產生，在高層建築中有更廣闊的應用前景。智能建築是建築、裝備、服務和經營四要素各 自優化、相互聯繫、全面綜合並達到最佳組合 ，以獲得高效率、高功能與高舒適的建築物。智能建築是通過對建築物的4個基本要素，即結構、系統、服務和管理，以及它們之間的

內在聯繫，以最優化的設計，提供一個投資合理又擁有高效率的幽雅舒適、便利快捷 高度安全的環境空間。智能建築的構成至少必須具備三大系統：設備管理 自動化系統、通訊網絡系統、辦公 自動化系統，並以此應用現代 4C技術構成智能建築結構與系統，結合現代化的服務與管理方式給人們提供一個安全、舒適的生活、學習與工作環境空間。

(二)工程優化設計理論的發展

第一，工程設計軟科學的發展。實際上，人們在處理事物時都會遇到硬、軟兩種因素。硬因素就是有實體的物質系統中的一些因素;軟因素就是精神意識系統中的一些因素。軟科學和硬科學的區分是相對的，不應該也不可能給出截然劃分的界限。目前的工程設計主要側重於力學分析，具有硬科學的性質。力學分析只是荷載決定後計算結構力學反應

的一種手段，是工程設計所使用的工具之一。在工程設計中，更重要的是必須進行很多運籌、決策和規劃的工作，這些工作具有軟科學的特點。所以，工程設計應該是硬科學和軟科學的結合 ，這就需要建立全面的、嶄新的工程設計理論。在土建工程設計的前期，有許多重大的問題需要進行科學的決策，包括工程項目的可行性論證、工程項 目的總體規劃及功能優化、結構的造型、結構設防水平的決策等。所有這些前期的決策工作，其影響都遠大於目前的以結構計算為主的優化設計工作。

第二，工程項目功能優化的發展。在經過可行性論證決定了工程項 目的任務、規模、建設地點、建設分期等重大問題之後，就需要考慮工程建設的總體佈局及規劃，這也是一個重大的決策，直接影響工程的社會和經濟效益、運行的功能和對環境的美學效應。在優化整個工程項 目的功能時，可以利用價值工程的某些概念和手段來改善現有的方法。價值工程是一門軟科學，依靠集體智慧有組織地研究系統的功能，揭示系統中的必要功能與總成本間的最佳匹配。價值工程的基本觀點是對產品及其各個組成部分進行功能分析，在很多情況下，這樣做都是很有好處的，因為人類製造任何產品，實際上是為了使用該產品的功能，例如，興建電視塔、水塔等高聳構築物是為了求得一個工作高度，興建房屋是為了提供一個工作、生活和娛樂的空間，興建橋樑是為了求得一個跨越的媒介，興建雕塑是為了美學享受或某種紀念。在進行工程項目的總體規劃時，從功能出發，可以開拓視野，減少習慣的束縛。

第三，工程結構系統全局優化的發展。各個結構獨立優化和拼湊而成的工程系統並不一定優化 ，只有當工程系統中各個結構之間不存在任何橫向約束時，各結構的獨立優化才形成工程系統的優化。只有從大系統全局進行優化，才能真正收到優化的效果。近些年，在解決抗災結構優化設計方法的實用化問題上，研究者以設防烈度 ，d作為優化參數，並且比較容易和切實地將結構造價 c(，d)和損失期望 (，d)表為結構設計方案 (，d)的函數，原因在於現行規範將抗災結構的失效簡化為單失效模式 ，並地震烈度度量結構抗力和地震的作用，這就使結 的優化得到了極大的簡化。此外，現行規範得 以 理地提出了三級失效準則。結合這兩個舉措 ，就 成了國內外所共識的“小震不壞，中震可修，大震 倒”的設計原則。

第四，工程項 目全壽命優化的發展。以往的優 設計理論針對的都是具體的結構，而在工程實際中，一般都是整個工程大系統的優化設計問題，其由 多子系統或者結構組成，具有高維數、多目標、變量種類多、約束耦合複雜等難點，故其子系統的獨立優化並不能帶來整個大系統的優化方法。實際的工程系統優化模型往往預先不知道，需要通過子系統或者結構的具體優化模型來構造大系統的全局優化模型。工程的全系統全壽命優化就是考慮了工程系統中的動態可靠度與模糊因素，在各個階段的優化中都應該以工程項 目的全局作為優化對象，而各個單元的優化必須在總體全局優化的指導下進行。這是一個從工程項目可行性開始，直至工程設施報廢全過程的優化體系，優化 目標不僅包括近期的投資和效益，還包括長遠的經濟和社會效益，後者包括服役期間使用單位企事業運營的直接經濟效益的期望值和遇到災害時工程失效帶來的損失的期望值。

(三)高層建築結構優化設計中存在的問題

目前 ，結構優化的應用遠遠落後於理論進展 ，特別是高層建築土木建築結構的優化設計應用還不普遍。其主要原因有 ：

第一，只重視結構尺寸的優化，即在給定結構的幾何形狀、拓撲和材料的情況下，求出滿足約束條件的最優構件截面，而忽視結構整體的優化。已有的研究結果表明，形狀優化比尺寸優化更有意義。單純的尺寸優化無法接近最優的結果，因此，也就不能完全令人信服。設計人員較普遍地認為，結構設計只要結構方案和佈置合理，上部結構又有 比較成熟的計算機軟件進行分析計算，構件截面只要通過計算結果滿足規範即可，認為上部結構相對下部結構，即地基基礎部分 ，特別是軟土地基的意義不大，因此對上部結構截面的優化所能達到的經濟效益未予以充分的重視。

第二，優化的目標還不能完全符合工程的需要。 由於實際結構問題往往十分複雜，存在設計變量多、 約束條件多、受建築功能限制較大等難點 ，多種因素 甚至不確定性因素使得 目標函數在建立後只能得到 相對最優解。而且，目前尚沒有實用的高層建築優 化分析軟件，而應用現有的各種計算機分析軟件進 行截面優化並不是簡單的幾次嘗試就能達到效果 的，因此 ，無論是機時，還是設計進度，都較難允許實 施這種優化方法。很多高層建築設計項目，結構方案和佈置還是比較合理的，其構件截面也是同類型結構中常用的尺寸，但是計算分析後還存在某些薄弱環節，為了改善這種受力狀況，增大構件截面卻未能得到明顯改善，反而增加了材料耗量。第三，離散變量優化問題。建築物尺寸以及鋼筋、型鋼規格型號等都不是連續變化的，因此，傳統的優化方法，如各種梯度算法、對偶算法等解析算法

均無法勝任。而且，由於問題的規模較大，隨之帶來的計算量急劇增加的“組合爆炸”問題也會使計算量急劇增加。

(四) 高層建築結構優化設計的方法

對高層建築結構方案進行優化採用何種方法，首先應分析這一問題的目標函數、目標函數中的各種變量，這些變量之間的各種數學解析關係以及與各種變量。

有關的約束條件，在分析的基礎上是採用間接優化還是直接優化方法來確定。高層建築結構方案優化的目標就是材料耗量，材料耗量決定於構件的截面尺寸大小，截面尺寸必須滿足通過力學分析得到各構件內力後的強度計算及位移變形等條件。因此，目標函數很難用明確的數學解析式來表達 ，不能用數學上求極小值的方法，也就是一般所説的間接優化方法來優化。高層建築結構方案的優化只能採用直接優化法來解決，即給目標函數中變量以已知值 ，經過試算使其滿足一定的約束條件，求得其目標值 ，並找出使 目標值逐步變小而趨向最佳值的路線或方向，以達到目標函數的最優值。因此，可以採用滿應力法進行高層建築結構優化設計。滿應力設計法是在桁架等杆繫結構的設計中發展起來的，是結構優化中最簡單、最易為工程人員理解的一種準則法。所謂滿應力是指結構構件在荷載作用下的最大應力達到所用材料的容許應力，此時材料的強度得到充分利用，構件截面面積將是最小，故可作為桁架最輕設計或體積最小設計的一個準則。滿應力設計法是結構在規定材料和幾何形狀的條件下，按照滿應力準則的要求，修改構件的截面尺寸，使每一構件至少在一種工況下達到或接近其容許應力限值的`化算法。如果結構除了應力約束外還有界限約束，則要求每一構件應力約束和界限約束中至少有一個達到臨界值。

利用滿應力設計法進行高層建築的結構優化設計要遵循以下步驟：首先，要根據常規做法和經驗確定結構構件的初始截面尺寸，並按構件分類分別建立柱、牆、樑可供選擇截面尺寸的數據庫;其次，要對結構構件進行力學分析，算出各工況下結構的位移力，並對結構構件進行承載力計算;再次，要根據計算結果，對構件截面尺寸進行調整，在滿足位移條件的前提下，儘量充分發揮構件材料的性能，即按規範計算使其接近滿應力狀態，但截面選擇應在指定的數據庫中進行，並統計截面需修改的個數;然後 ，根據修改截面的數量、性質，由人工干預決定或指定一個限值自動決定是否重新計算，即返回到第二步計算，如此循環反覆，直到滿足要求為止;最後，輸出最後優化的構件截面尺寸及計算結果。按以上步驟，可編制完整的高層建築結構優化分析軟件，但在軟件研製中，如何儘量減少內存、加快運算速度， 需做大量工作，才能使之達到較為實用的程度。當前 ，在無成熟的優化分析軟件的情況下，應用現有的 高層建築結構分析軟件，採用人工分析調整構件的截面尺寸，進行反覆運算，也可達到優化效果，但費工費時，較難滿足設計進度要求，而且對設計人員的素質要求較高，需要有較高的分析判別能力，當結構佈置較複雜時，不僅工作量大，而且有時甚至無法將優化工作進行下去，因此，人工方法只是 目前一個暫時性 的過渡辦法。

建築工程設計計劃書

委託單位(公章):

200 年 月 日

工程名稱:

工程名稱

工程基本情況

總建築面積

平方米

結 構

總長乘寬

長 寬 (米)

層 數

工程總造價

工程位置

建築專業

總平面圖

1,相鄰建築物關係

2,建築物市內外自然高差

3,建築物自然地面確定

二,各層功能要求:

三,各層層高及檐地高:

四,屋面形式:

五,建築物內外裝修要求:

1,外牆面

2,內牆面

衞生間

廚 房

其它間

續前頁表

3,頂棚:

4 4,地面:

5,門窗:

6,其它:

結構專業

一,工程地質勘察資料:

二,相鄰建築物基礎形式,埋置深度,基礎寬度:

三,建築場地內是否有隱蔽物如:舊建築基礎,坑,井,地道,墓等,並提供位置和走向:

四,場地其它情況:

五,基礎上部結構要求:

1,各層是否有特殊設備,設置位置,型號,荷載:

2,各層是否有特殊荷載,位置及大小:

3,各層樓板,牆面是否有特殊開洞,其位置,尺寸:

4,結構設計其它要求:

給排水專業

一,建築物給水,排水,入口,出口方向:

二,是否要求供應熱水及其它要求:

三,消防供水情況:

四,建築物處給水管網管徑,壓力情況:

五,給水調節間位置:

六,給排水專業其它要求:

採暖專業

一,採暖方式,周圍採暖條件,採暖入口方向:

二,市政統一供熱時,建築物處給回水管道壓力差值:

三,是否有特殊通風要求:

四,其它要求:

電氣專業

一,建築物供電入口方向:

二,電氣照明設計要求:

三,建築物處的市網線徑及電壓情況:

四,電話系統設計要求:

五,電視系統設計要求:

六,其它要求:

補充説明:

受計劃單位(章):

1.項目建議書。

項目法人按國民經濟和社會發展長遠規劃、行業規劃和建設單位所在的城鎮規劃的要求，根據本單位的發展需要，經過調查、預測、分析，編報項目建議書。

2.可行性研究報告。

項目建議書批准後，項目法人委託有相應資質的設計、諮詢單位，對擬建項目在技術、工程、經濟和外部協作條件等方面的可行性，進行全面分析、論證、進行方案比較，推薦最佳方案;可行性研究報告是項目決策的依據，應按國家規定達到一定的深度和準確性，其投資估算和初步設計概算的出入不得大於10%，否則將對項目進行重新決策。

3.初步設計。

可行性研究報告批准後，項目法人委託有相應資質的設計單位，按照批准的可行性研究報告的要求，編制初步設計。初步設計批准後，設計概算即為工程投資的最高限額，未經批准，不得隨意突破。確因不可抗拒因素造成投資突破設計概算時，經上報原批准部門審批。

4.施工圖設計。

初步設計批准後，項目法人委託有相應資質的設計單位，按照批准的初步設計，組織施工圖設計。

5.年度投資計劃

項目建議書、可行性研究報告、初步設計批准後向主管部門申請列入投資計劃。

6.開工報告。

建設項目完成各項準備工作，具備開工條件，建設單位及時向主管部門和有關單位提出開工報告，開工報告批准後即可進行項目施工。

7.竣工驗收。

根據國家有關規定，建設項目按批准的內容完成後，符合驗收標準，須及時組織驗收、辦理交付使用資產移交手續。根據國家有關規定，經營性項目總投資在5000萬元以上，非經營性項目3000萬元以上的，需編報項目建議書、可行性研究報告、初步設計，項目建議書及可行性研究報告初審後，由主管部門報國家計委審批立項，初步設計由國家計委或主管部門審批。經營性項目總投資在5000萬元以下的(不含5000萬元)，非經營性項目總投資在3000萬元以下(不含3000萬元)的，需編報可行性研究報告、初步設計，均由行業主管部門審批。對於投資額較小的單項新建或擴建工程，可向主管部門提出建設的必要性的投資估算報告，直接編報項目初步設計，具體投資限額由行業主管部門確定。經營性項目總投資在5000萬元(含5000萬元)，非經營性項目總投資在3000萬元以上(含3000萬元)的竣工驗收工作，由國家計委或行業主管部門組織進行，限額以下的項目由行業主管部門或行業主管部門委託進行。

項目代建

工程項目代建制度是國際上通常採用的一種工程項目管理模式。是由項目出資人委託有相應資質的項目代建人對項目的可行性研究、勘察、設計、監理、施工等全過程進行管理，並按照建設項目工期和設計要求完成建設任務，直至項目竣工驗收後交付使用人的項目建設管理模式。其特點是由過去工程自管型的小生產管理方式向項目專業化轉變，項目的工程技術及管理手段也趨於現代化。2004年，國務院頒佈的《關於投資體制改革的決定》中提出：對非經營性政府投資項目加快推行“代建制”，這樣代建制才在我國逐步推行。

一、代建制度中存在的問題

(一)法規不全。《國務院關於投資體制改革的決定》雖然規定對非經營性政府投資項目加快推行“代建制”，但目前，國家尚未建立項目代建制配套的法律、法規，相關部門亦未制定相應的操作細則。實際操作過程中遇到很多困難,致使項目代建實施過程中出現問題較多，甚至處於無序狀態。

(二)機制不活。目前代建企業大都隸屬於政府部門，有些由一些行政富餘人員，這個明顯帶有壟斷色彩的行為對於企業的發展有着得天獨厚的效果，但由於他們的存在，公司的人事制度、工資制度改革因無規定而遲遲無法開展，且長期的機關作風使得他們的思想觀念與現代企業的發展、創新精神格格不入。

(三)管理不嚴。應該説，代建制是政府將政府非經營性投資項目的全部管理職能通過委託轉交給以市場競爭方式確定的代建企業來執行，代建企業向政府業主負責，各項目承包企業向代建企業負責，兩者均以合同方式確定各方權利義務關係。這就使得行政權力尋租的難度加大。對“代建制”項目，政府主要把握產業政策和宏觀決策，項目具體執行實施依靠市場機制管理，有助於規範政府投資項目管理行為，減少“三超”現象。代建制下，政府不直接與建設項目的其他當事人如設計單位、監理單位、諮詢單位、施工承包商等打交道，與之打交道的是接受政府授權作為一個實體的工程項目管理公司，它代理政府對項目進行協調和管理。政府的作用主要是培育代建市嘗制定規則和維護良好的市場秩序，而不是直接參與政府投資項目的管理活動。實際上並非如此。目前,項目的業主看似政府，而實際就是今後的使用單位,使用單位充當業主。代建企業與項目使用單位的經濟利益也未完全割斷，這些致使投資失控,“三超”現象大量存在。