大跨空间钢结构设计方案选优综合评价指标体系的研究|创意产品设计方案
摘要： 本文是在土木工程结构“概念设计”理论的启发下，从建筑结构优化设计的角度出发,在国内首次尝试利用“层次分析法（AHP）”构建了大跨空间钢结构综合评价指标体系, 力图系统全面地评价大跨空间钢结构，同时可供大跨空间钢结构方案选优时作为参考。
关键词： 大跨钢结构；优化设计；概念设计；层次分析法；综合评价
中图分类号：TU3 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2012）22-0076-020 引言
大跨空间钢结构是最近三十多年来发展最快的结构形式，大跨度和超大跨度建筑物及作为其核心的空间结构技术的发展状况已成为代表一个国家建筑科技水平的重要标志之一[1]。我国大跨度空间钢结构近年来也取得了比较迅猛的发展，但缺少系统全面的评价体系，作者正是基于我国大跨空间结构的现状，进行了大跨空间钢结构的综合优化指标的探究。
根据现代设计法的理论与工程实践经验，建立科学的、全面的综合评价指标体系是大跨空间钢结构方案设计方案选优最重要的环节，作者受到土木工程结构“概念设计” [4][5][6]理论的启发，应用了“系统设计法”的思想，大胆尝试利用AHP模型构建了具有很强的通用性和可操作性的 “大跨空间钢结构方案选优综合评价指标体系”，力图从系统整体角度来综合评价大跨空间钢结构设计方案，然后，利用相关算法和程序在计算机上进行定量化计算，获得准确的综合评价结果，从而实现设计方案的选优。
1 大跨空间钢结构设计方案选优综合评价指标体系的AHP模型
AHP（The Analytic Hierarchy Process），即层次分析法，是一种系统分析方法。它充分体现定性与定量相结合，把复杂问题分解为若干有序层次，并根据对一定客观事实的判断，就每一层次的相对重要性给予定量表示，利用数学方法确定出表达每一层次的全部元素相对重要性次序的数值，并通过各层次的分析导出对整个问题的分析[7]。
本指标的AHP模型共分四层：总目标层（A），分目标层（B），准则层（C）和基础指标层（D）。
A1大跨空间钢结构设计方案选优综合评价指标体系：此评价体系以“安全、适用、经济、美观”的建筑设计原则，结合我国大跨空间钢结构发展的现状，兼顾经济、社会、环境三大效益对大跨空间钢结构设计方案进行全面、系统的评价。它是根据大跨空间钢结构设计的特点，优化设计的思维和原则，建立起来的一种定性和定量相结合的综合评价体系。
B1经济性：大跨结构和其他建筑一样，产品的投入，能源的消耗等伴随着它整个生命周期。所以经济是结构优化设计的一个重要内容，它是在保证结构在规定条件和设计使用年限内满足结构适用性要求的前提下，尽量降低投入费用，能源消耗等经济指标。
B2先进性：大跨空间钢结构的先进性体现着一个国家的建筑科技水平。它主要表现在：重视结构选型，择优选用与建筑所在地环境适应性好,能与建筑空间艺术形象高度融合且经济的结构形式；便于施工，满足大跨建筑适用性的要求等。
B3可靠性：应使所设计的结构在设计基准期内,经济合理地满足下列要求：能承担正常施工和正常使用阶段的各种作用并具有一定的防灾能力（尤其对于火灾和地震）；在各种动荷载作用下，能保持必要的稳定性；在正常维护情况下，具有设计所要求的耐久性等。
C1全寿命费用：主要包括初始建设时期的一次性投入，使用期间的维护费用。大跨结构多为一次性造价较高。从近些年的工程实践看，由于结构设计不合理、耐久性差等原因，造成大跨结构在其设计使用年限内不得不花费大量费用进行维护和改造。所以大跨结构的经济优化设计应当以全寿命费用为其优化目标，不光包括一次性造价，还应包括维护费用。
C2结构选型与布置：作为结构设计的首要内容，结构的选型和布置应当依据大跨结构的美观要求，建筑所在地的工程地质情况，抗震设防烈度，荷载情况，结构的几何体形等进行确定，使选择的结构形式和布置尽量受力明确合理,荷载传递路线简洁直接,结构具有良好的连续性，并能与周围环境相适应。
C3适用性：对于大跨空间钢结构，随着社会经济和文化发展的需要，不仅要满足大跨空间结构基本功能的要求，而且还要强调平面与空间的整体效果。
C4安全性：指大跨钢结构在正常施工和使用条件下，能承受可能出现的各种作用，在偶然事件发生时和发生后仍能保持结构整体的稳定性。
C5耐久性：在经济合理的条件下，在设计基准期内正常维护情况下，满足安全及正常使用要求，主要从材料的耐久性能和维护方法考虑。
D1 一次性造价：指初始建设时期各项费用总称，主要包括设计费用，建材费用，施工费用等。选择施工复杂度小的方案可以缩短施工的工期和降低一次性造价，取得更好的经济效益。
D2 维护费用：指在大跨结构全寿命周期中，保证其正常的建筑功能的日常维护维修费用，可能的改造费用和可能出现的灾害损失及维修加固费用。
D3美学功能：它是建筑设计的一个基本原则。由于大跨结构自身的特点，决定了大跨结构多为结构外露型建筑，所以结构美观不仅要求与周围环境相协调，而且要求结构的形式与建筑空间艺术形象能高度的融合。
D4几何体形：大跨结构主要是利用其几何形状来抵抗外力作用，所以几何体形的设计具有十分重要的意义。尽量选用几何形状与外荷载作用相适应，结构受力合理,传力直接并具有良好的连续性的结构。
D5使用功能：大跨结构首先应满足使用者的基本使用需求，另外还需要对于视觉效果，采光通风，照明音响效果，以及设备设施的配置与性能等进行考察，力求实现建筑使用功能的最优化。
D6平面及空间布置：是否符合平面及空间要求是大跨结构的基本指标之一，此外还须考虑平面布置与场地的适应性，局部与整体的协调性；空间布置是否满足设备管道等要求；安装施工、维护和改造时是否留有足够的空间。