師建國

摘要：建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的優(yōu)化技術(shù)是一個復(fù)雜的系統(tǒng)工程。不僅要求結(jié)構(gòu)設(shè)計師根據(jù)建筑面積、高度、受力特點等需要選擇最佳的結(jié)構(gòu)體系，還要正確使用結(jié)構(gòu)分析軟件，挖掘項目自身重大的內(nèi)部潛力、采用基本設(shè)計和科學(xué)的方法，實現(xiàn)最佳結(jié)構(gòu)設(shè)計。本文主要分析了房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化技術(shù)的具體應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：房屋建設(shè);結(jié)構(gòu)設(shè)計;優(yōu)化技術(shù)

引言

現(xiàn)代社會對建筑的功能、安全和質(zhì)量比以前更嚴(yán)格。同時，提出項目建設(shè)應(yīng)考慮其是否具有先進性、科學(xué)性、合理性和實用性。因此，為了適應(yīng)市場多樣化、科學(xué)發(fā)展、節(jié)能、高質(zhì)量和安全，現(xiàn)代建筑業(yè)必須在住宅等建筑結(jié)構(gòu)中廣泛應(yīng)用優(yōu)化設(shè)計技術(shù)，不僅為建設(shè)單位、建筑公司和用戶節(jié)省了大量資金，就成本控制而言，它還可以提高施工的可執(zhí)行性、質(zhì)量和安全性。因此，現(xiàn)代建筑業(yè)在建筑結(jié)構(gòu)中科學(xué)合理運用結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)具有較高的實際意義。

1建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的內(nèi)容及意義

目前，隨著我國經(jīng)濟的迅速發(fā)展，建筑行業(yè)的整體進步，人們對生活條件和生活環(huán)境的要求越來越高。因此，優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計，使其結(jié)構(gòu)美觀、適用、安全、經(jīng)濟，是提高人民生活環(huán)境的重要手段。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化理念應(yīng)注重現(xiàn)實需求，根據(jù)工程建設(shè)項目造價情況，優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計中關(guān)于建筑基礎(chǔ)設(shè)施、屋頂結(jié)構(gòu)方案和C-結(jié)構(gòu)方案等方面的重點內(nèi)容。在封閉系統(tǒng)的科學(xué)計算中，根據(jù)一些關(guān)鍵參數(shù)的不同變量參數(shù)的影響，建立了結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計模型，得到建筑工程結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的最終設(shè)計結(jié)果。建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計具有重要意義。首先，它大大提高了建筑的結(jié)構(gòu)經(jīng)濟性。優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計可以節(jié)約材料，提高抗震性能，減少室內(nèi)和外表面裝飾，提高其力學(xué)性能及建筑的經(jīng)濟性能。其次，結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計極大地降低了建設(shè)項目的總成本。大量數(shù)據(jù)表明，建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計可以有效地降低工程造價25%左右，結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計技術(shù)使得建筑材料性能的利用更加合理，使建筑工程施工結(jié)構(gòu)在不同單元之間更加協(xié)調(diào)，促進建設(shè)項目結(jié)構(gòu)設(shè)計的經(jīng)濟性和合理性。

2房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化技術(shù)的應(yīng)用

2.1 結(jié)構(gòu)體系的優(yōu)化

現(xiàn)代建筑的功能和造型具有一定的復(fù)雜性。結(jié)構(gòu)體系的優(yōu)化主要是指在滿足建筑功能及造型的要求，滿足規(guī)范要求的前提下，通過合理的結(jié)構(gòu)布置來合理地節(jié)約工程造價。結(jié)構(gòu)體系對造價的影響很大，應(yīng)加強重視。應(yīng)根據(jù)建筑功能合理選擇結(jié)構(gòu)體系，應(yīng)選擇比較規(guī)則的平面和立面方案，盡量避免或少出現(xiàn)平面及立面不規(guī)則的結(jié)構(gòu)布置。

2.2 設(shè)計模型的優(yōu)化

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的第一步需要建立合理的結(jié)構(gòu)模型，后續(xù)設(shè)計工作圍繞相應(yīng)的模型體系來開展，而建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化第一步就是結(jié)構(gòu)模型的優(yōu)化。模型優(yōu)化在造型復(fù)雜的建筑上的體現(xiàn)尤為明顯，如何將復(fù)雜的造型簡化提煉，并最終在結(jié)構(gòu)分析軟件中體現(xiàn)為結(jié)構(gòu)構(gòu)件。合理的結(jié)構(gòu)模型是結(jié)構(gòu)設(shè)計的關(guān)鍵，錯誤的結(jié)構(gòu)模型必然導(dǎo)致錯誤的計算結(jié)果，由電腦輸出的計算數(shù)據(jù)更加具有隱蔽性和欺騙性。

2.3 計算參數(shù)的正確選取

結(jié)構(gòu)模型中給出的計算機計算結(jié)果，應(yīng)經(jīng)分析判斷確認其合理、有效后方可用于工程設(shè)計。為分析判斷計算結(jié)果是否合理，除了合理的結(jié)構(gòu)方案、正確的計算假定外，正確填寫抗震設(shè)防烈度、場地類別，合理選取計算程序中的各項參數(shù)十分重要。計算參數(shù)的選取除滿足國家規(guī)范外，還需特別注意地方規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)中的相關(guān)規(guī)定。

2.4 基礎(chǔ)設(shè)計的優(yōu)化

建筑結(jié)構(gòu)中的基礎(chǔ)是整個建筑的根本，基礎(chǔ)需要承載所有上部建筑結(jié)構(gòu)，并將相應(yīng)的重量、受力分置于周邊土地當(dāng)中。一般情況下，房屋建筑會采用樁基礎(chǔ)的基礎(chǔ)形式進行，較為常見的是灌注樁、預(yù)制樁2 種。樁基礎(chǔ)設(shè)計優(yōu)化是指保證工程質(zhì)量的前提下，盡可能降低工程造價，包含材料用量、施工速度等。第一步應(yīng)根據(jù)上部結(jié)構(gòu)荷載結(jié)合地質(zhì)條件，選取最合適的樁型。樁型確定后，應(yīng)提高單樁承載力，如提高端部承載力、擴大樁身尺寸、提高樁周土體承載力等。布樁階段應(yīng)盡量利用樁身材料強度，使樁基礎(chǔ)均勻受力，各樁受力接近樁基承載力。

2.5 地下室結(jié)構(gòu)的優(yōu)化

地下室結(jié)構(gòu)占結(jié)構(gòu)總成本的比重很大，做好地下室結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計對控制這個項目的結(jié)構(gòu)成本至關(guān)重要。地下室結(jié)構(gòu)優(yōu)化需注意以下幾點：

1）控制層高，滿足建筑使用要求的前提下，盡量減小地下室層高。不僅可以減少混凝土及鋼筋用量，還能減少施工土方開挖量，降低維護費用。地下水豐富的地區(qū)，水浮力是基礎(chǔ)設(shè)計不可忽視的重要因素，水浮力起控制作用時，減小地下室層高能減少抗拔樁數(shù)量，降低底板配筋。

2）地下室結(jié)構(gòu)土壓力、水浮力較大，側(cè)墻及底板抵抗外力所需配筋用量也很大，設(shè)計人員在進行設(shè)計時應(yīng)詳細分析結(jié)構(gòu)構(gòu)件的受力狀態(tài)。滿足規(guī)范計算的條件下，做到分段配筋，受力較小部位配置較小的通長鋼筋，受力較大的部位做到局部附加。

2.6 建筑、室內(nèi)、結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)的優(yōu)化

結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)保證房屋建筑及室內(nèi)的美觀性、合理性。結(jié)構(gòu)柱及剪力墻要與建筑平面功能保持一致，在保證結(jié)構(gòu)安全的前提下，盡量減小結(jié)構(gòu)柱及剪力墻的截面尺寸。結(jié)構(gòu)梁的布置應(yīng)盡量和建筑墻體同寬，結(jié)構(gòu)梁比建筑墻寬時，應(yīng)將結(jié)構(gòu)梁向次要空間偏心，如廚房、衛(wèi)生間等。商品住宅對建筑1 層大廳的美觀要求越來越嚴(yán)，受到建筑企業(yè)的重視，在大堂頂位置，應(yīng)避免布置梁，無法避免時盡量將梁上反或減小梁的高度。

2.7 設(shè)備、結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)的優(yōu)化

房屋建筑中給排水、電氣及暖通專業(yè)有很多管線。如果管線都在結(jié)構(gòu)梁下，勢必會影響凈高。結(jié)構(gòu)設(shè)計師需分析判斷哪些管線可在結(jié)構(gòu)梁留設(shè)套管。暖通專業(yè)的風(fēng)管一般比較粗大，無法從結(jié)構(gòu)梁內(nèi)穿過，結(jié)構(gòu)專業(yè)需配合暖通專業(yè)，風(fēng)管上方的梁高應(yīng)盡量減小，可適當(dāng)加寬，滿足承載力要求。

3 建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)應(yīng)用中應(yīng)注意的問題

（1）除注重整體設(shè)計外，還應(yīng)加強結(jié)構(gòu)基本部件的精細設(shè)計。例如，鑄造填料板的設(shè)計盡可能地分成矩形板，從而可以合理地平衡鑄造填料板的設(shè)計，并且可以避免角裂縫的發(fā)生。優(yōu)化技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用，必須有效地將計算機設(shè)計與人工設(shè)計相結(jié)合，而不是盲目依賴計算機設(shè)計軟件，要充分發(fā)揮概念設(shè)計優(yōu)化技術(shù)在建筑中的作用。在優(yōu)化各種建筑材料的選擇方面，各種材料的缺點和優(yōu)點也應(yīng)得到充分的考慮和選擇。在結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)中，設(shè)計和優(yōu)化使用的人員應(yīng)基于工程設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，而不是盲目依賴計算機分析，但這主要是因為計算機可以對各種數(shù)據(jù)進行相應(yīng)的計算設(shè)計，并根據(jù)實際需要設(shè)計建筑物，但不能完全滿足工程結(jié)構(gòu)設(shè)計方案的具體要求。

（2）優(yōu)化設(shè)計大型而且復(fù)雜的建筑結(jié)構(gòu)時，計算機就有編程后計算量大、計算快、準(zhǔn)確性高等無可比擬的優(yōu)勢，所以工程設(shè)計人員在具體的優(yōu)化設(shè)計過程中應(yīng)加強基于計算機的優(yōu)化設(shè)計分析能力，有效利用計算機對項目結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化。

結(jié)束語

總而言之，在建筑業(yè)逐步健康發(fā)展的形勢下，在整個設(shè)計過程中采用優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)是必然的發(fā)展趨勢。優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)不僅意味著足以大大降低施工成本、節(jié)省建筑材料、節(jié)約時間，還能夠更好地滿足使用需求，提高經(jīng)濟效益，使建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計在更好地服務(wù)人們的生活需要的同時，進一步提高項目安全性和抗震性能。

參考文獻

[1]王璇，王磊.房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中優(yōu)化技術(shù)應(yīng)用探討[J].建材與裝飾，2015（48）：73-74.

[2]耿斌.淺談房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中如何應(yīng)用優(yōu)化技術(shù).建筑設(shè)計，2015，5（21）.

[3]何文杰.房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化策略[J].綠色環(huán)保建材，2018（12）：77-79.

[4]孫雨澤.關(guān)于房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中優(yōu)化技術(shù)應(yīng)用的探討[J].四川水泥，2018（11）：88-89.