从马斯克“五步工作法”看结构优化设计

发布时间:2024-04-24

内容:

最近读了《埃隆·马斯克传》这本书,成了埃隆·马斯克的迷弟,从特斯拉、SpaceX、OpenAI到脑机接口公司Neuralink,每个公司都脑洞大开、超凡脱俗,又意义非凡,推动人类跨越式进步。能取得如此卓然成就,除了个人理想,也离不开马斯克的五步工作法。

五步工作法简单总结如下:

1.质疑每项要求:在收到需求的时候一定要质疑,特别是那些来自专家的需求,因为你会不假思索地被对方的专业性所麻痹;

2.最少的流程:对于一个组织来说,如果没有觉得流程不够用,就说明流程已经太多了;

3.简化和优化:简化和优化的前提是目标的正确性和鼓励创新的组织文化;

4.加速周转时间:需要加速的是迭代,而不是速度。迭代是一个循环,通过这个循环我们可以不停地验证当前推进的方向,并且持续的进行改进和优化;

5.自动化:适度自动化,避免过量自动化的弊端。

我们可以将这套工作法简化调整后运用到建筑设计中,简单来说:

1.敢于质疑各专业提出的要求,尤其是影响美观和使用功能的要求;

2.要优化自己的设计,找出最佳方案;

3.避免过度依赖计算机。

我觉得这三条我们可以奉为圭臬,今天要探讨的是第2条,设计优化。

自觉地设计优化,往宏观说,符合国家碳达峰目标和碳中和愿景;对项目说,达到少花钱办大事的效果,对设计师来说,可以提升业务能力,至少是避免被别人优化的尴尬。所以,我们要重视优化设计,通过建筑、结构设计优化,使建筑功能更为合理或得到提升,使建筑材料分布更加合理或减少用量。

对于住宅建筑的总体材料用量分析见下表:

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注1.统计经济指标时,不含正负零以下构件。

2.本指标未考虑施工损耗量,不包括砌体、圈梁、构造柱及砌体拉结筋。

3.装配式混凝土结构的用钢量应适当增加。


在总体材料用量中,楼板的用钢量一般在7~12Kg/㎡,有特别要求的为高值,采用高强钢的为低值。梁的用钢量一般在9~21Kg/㎡,墙不对齐、梁搭梁较多时为高值,墙布置较多或采用大板时为低值。墙柱的用钢量:高度60~80m一般在20~22kg/㎡;高度80~100m一般在22~26kg/㎡,墙柱的用钢量占总用钢量的40~50%左右。这是一般住宅工程的合理材料用量范围,若超出这个范围就要找找原因,好好自己优化自己了。

太原市某高层住宅,高度99m,地下两层,无人防,地上部分用钢量45.63kg/㎡,混凝土用量0.39m/㎡;地下一层用钢量93.76kg/㎡,混凝土用量0.93m/㎡;地下二层(不含基础)用钢量66.49kg/㎡,混凝土用量0.59m/㎡;地上部分二次结构用钢量1.95kg/㎡。合理的结构材料用量从这个项目可以略窥一斑。

我们的设计人员在甲方的压力下都开始重视控制结构的材料用量,但大部分注意力都放在了地上结构中,对地基处理、基础、地下室等部位容易忽略。这几个部位恰恰是最容易造成浪费或者是容易产生安全隐患的地方,建议我们的设计师把这几个部位当做重中之重来进行精细化设计,对自己的设计进行自发的优化。

下面一些事例,希望能抛砖引玉。

例一、某高层住宅,2层地下室,南面局部附建一层地下车库,车库顶覆土1.5m~1.8m。虽然我们是结构设计师,但我们根据“五步工作法”中的“质疑每项要求”的做法,要对建筑师提出覆土厚度的质疑,为什么做这么厚的覆土?如果设备管线绕开地库顶排布,虽然多费一些管线,但可以减薄覆土,减轻荷载,大幅降低车库基础、顶板的造价,何乐而不为呢?

例二、8度区某高层住宅,地上11层、地下2层,剪力墙结构,基础为筏板基础,基础埋深6m,周围无地库。

原设计地基处理:采用CFG桩复合地基,桩径400mm,1.6m正方形布桩,桩长为18m。要求处理后复合地基承载力特征值不小于230KPa。

优化设计后:采用天然地基,确定地基承载力时考虑地下室埋深的深宽修正,根据计算,考虑深宽修正后的地基承载力可达到270kPa,可满足基底压力要求。

我们的设计师有时过于相信计算,有时又不敢相信计算,属于复杂的矛盾结合体。

例三、8度区某高层住宅地上11层、地下1层,剪力墙结构,基础为筏板基础,基础埋深3m,Ⅰ级非自重湿陷性场地。

原设计地基处理:采用素土挤密桩+CFG桩复合地基,素土挤密桩桩径0.4m,桩距为900mm,正三角形布桩,桩长5.0m。CFG桩桩径400mm,1.5m正方形布桩,桩长为18m。

优化设计后:改为DDC孔内深层强夯灰土桩复合地基处理,桩径0.4m,桩距为1.1m,正三角形布桩,桩长8m。既提高承载力又消除湿陷。

设计师要有开阔思维,地基处理不能局限在灌注桩、CFG桩、挤密桩的“三板斧”之中。

例四、某单层厂房,门式钢架结构,有吊车,场地为Ⅱ级非自重湿陷性场地。

原设计:采用混凝土灌注桩+承台基础,每柱下2根,桩径0.7m,桩长11m。

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优化设计后:改为独立基础下素土挤密桩+4根CFG桩的复合地基。

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优化设计采用挤密桩消除湿陷,对变形要求,用4根CFG桩控制沉降,大大降低了造价。

例五、某地下车库,地下1层,平战结合常5级人防,天然地基承载力130kPa,无地下水。

原基础设计:基础采用下柱墩筏板基础,基础厚度450mm。

优化设计后:基础改为独立基础+防水板的形式,防水板厚250mm。

用简单方式解决复杂问题,是“五步工作法”的基本方法。

例六、对于地下室人防墙、挡土墙等用料大户,需要我们发扬“老扣”精神,用精雕细琢的态度,根据不同的支撑条件,一堵墙一堵墙地去扣,不厌其烦地给出每个墙的配筋。有些设计师不论实际支撑条件,统统按上下支撑的单向板计算配筋,当然会造成巨大浪费。

俗语说“食不厌精,脍不厌细”,我们搞设计要说“设计不厌精细”。通过马斯克的五步工作法,提出质疑、自我优化,最终创造出更高效、更经济、更可持续的建筑作品。