郭林海 青島市膠州建設(shè)工程設(shè)計(jì)有限公司

郭林江 青島地質(zhì)工程勘察院（青島地質(zhì)勘查開發(fā)局）

1 前言

現(xiàn)階段，我國建筑行業(yè)實(shí)現(xiàn)快速發(fā)展，國家也推出各項(xiàng)節(jié)能降耗的政策方針，秉持可持續(xù)發(fā)展的建筑理念，建筑企業(yè)要給予建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)足夠的重視程度。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)人員，要不斷提升學(xué)習(xí)先進(jìn)的建設(shè)理念和建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)，進(jìn)一步深入優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，達(dá)到更高的建筑工程設(shè)計(jì)目標(biāo)，為人民提供一個(gè)更加安全、舒適的居住環(huán)境。

2 現(xiàn)階段房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的現(xiàn)狀

2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖紙的內(nèi)容不夠完善、詳盡

建筑工程施工必須嚴(yán)格按照施工圖紙開展施工，設(shè)計(jì)圖紙是整個(gè)建筑工程項(xiàng)目建設(shè)中重要組成部分，作為具有重要參考和引導(dǎo)作用的圖紙，必須具有完善性和科學(xué)性，便于施工企業(yè)有序施工，提供堅(jiān)實(shí)的技術(shù)支撐，最大程度上減少施工工序出錯(cuò)而帶來的返工、質(zhì)量不達(dá)標(biāo)等問題。然而，由于部分設(shè)計(jì)單位缺乏豐富經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)工作人員，導(dǎo)致設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)圖紙不夠完善、詳盡，使施工單位在施工階段無法將各個(gè)施工節(jié)點(diǎn)落實(shí)到位。

2.2 房屋建筑基礎(chǔ)選型不夠合理

為了滿足房屋建筑的各項(xiàng)功能需求，設(shè)計(jì)往往會忽略其結(jié)構(gòu)安全性。為了從根本上提升建筑結(jié)構(gòu)的安全性能，必須給予建設(shè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作足夠的重視。應(yīng)結(jié)合建筑結(jié)構(gòu)專業(yè)知識及融合設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，確保建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的科學(xué)性和合理性。

由于建筑結(jié)構(gòu)的安全受各個(gè)專業(yè)影響，比如建筑結(jié)構(gòu)類型的選擇、建筑工程材料選擇是否達(dá)到國家規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)等，一旦不能科學(xué)選擇建筑工程基礎(chǔ)選型，將會直接影響建筑工程的結(jié)構(gòu)安全性?，F(xiàn)階段，我國建筑行業(yè)的基礎(chǔ)選擇問題十分突出，由于基礎(chǔ)選型不合理，導(dǎo)致房屋建筑承載性較低，施工基礎(chǔ)質(zhì)量達(dá)不到規(guī)范等級，經(jīng)常出現(xiàn)不均勻沉降等問題，埋下了巨大的安全隱患，導(dǎo)致建筑安全施工頻發(fā)。

3 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法的內(nèi)涵與重要性分析

3.1 內(nèi)涵

隨著新時(shí)代國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人民生活水平獲得顯著提升，住宅市場中的消費(fèi)者對房屋質(zhì)量與安全性能提出了更高的要求。建筑從業(yè)人員必須采取合理措施，優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，結(jié)合不同地區(qū)的區(qū)位環(huán)境推出獨(dú)具特色的建筑風(fēng)格，在保證建筑施工效率與質(zhì)量達(dá)到行業(yè)平均水平的同時(shí)，節(jié)省建筑成本，控制現(xiàn)代建筑建造工程對社會資本與自然資源的消耗量，提升建筑工程的社會效益與經(jīng)濟(jì)效益。

設(shè)計(jì)者應(yīng)合理應(yīng)用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法，保證建筑發(fā)揮預(yù)設(shè)的基本功能，突出建筑本身的美感與獨(dú)特的外觀風(fēng)格，分階段做好建筑分層結(jié)構(gòu)優(yōu)化與工程總體優(yōu)化工作，推出保證建筑結(jié)構(gòu)安全性的全新結(jié)構(gòu)形式，考慮到材料造價(jià)、選型、受力、施工難度等不同影響因素，優(yōu)化房屋建筑中較為重要的屋蓋、圍護(hù)結(jié)構(gòu)以及結(jié)構(gòu)細(xì)部的設(shè)計(jì)方案，秉承經(jīng)濟(jì)性、安全性、美觀性等基本原則，對比研究可能采取的設(shè)計(jì)方案，以找到能夠滿足各項(xiàng)基本需求的設(shè)計(jì)方案。

3.2 在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用價(jià)值與重要性

在新時(shí)代房屋建造工程中，通過全面優(yōu)化設(shè)計(jì)建筑結(jié)構(gòu)，可在保證施工質(zhì)量的同時(shí)，控制建造成本，提升資源利用效率，踐行可持續(xù)發(fā)展理念與綠色建筑思想，讓現(xiàn)代建筑業(yè)走向可持續(xù)發(fā)展道路，不僅滿足住戶的短期需求，還應(yīng)維護(hù)現(xiàn)代房屋建筑的遠(yuǎn)期使用價(jià)值，主動(dòng)淘汰傳統(tǒng)房屋建造方案與設(shè)計(jì)思路，讓建筑占地面積和房屋造價(jià)之間形成平衡關(guān)系，使工程總成本長期保持在合理范圍以內(nèi)，避免在建造高層建筑的過程中浪費(fèi)稀缺資源。

4 做好房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、合理利用優(yōu)化方法的正確路徑

4.1 構(gòu)建房屋設(shè)計(jì)模型，科學(xué)選擇變量

為在短時(shí)間內(nèi)檢驗(yàn)不同類型設(shè)計(jì)方案的合理性，找對優(yōu)化方向，必須利用數(shù)字化軟件搭建建筑模型，選擇貼近實(shí)際的建筑內(nèi)部參數(shù)變量，為建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的進(jìn)一步優(yōu)化打好基礎(chǔ)。在搭建數(shù)據(jù)模型、優(yōu)化設(shè)計(jì)方案前，建筑設(shè)計(jì)師可立足整體性角度分析某一建造方案中建筑的各項(xiàng)基本性能，把握后期結(jié)構(gòu)優(yōu)化的切入點(diǎn)與關(guān)鍵點(diǎn)，準(zhǔn)確認(rèn)識影響整體方案應(yīng)用效果的關(guān)鍵因素，例如地基土層的厚度、承載力以及空氣濕度等。將建筑工程所涉及的各類參數(shù)引入建筑結(jié)構(gòu)模型中，讓結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化工作獲得可靠的數(shù)據(jù)支持。

建筑設(shè)計(jì)者必須基于數(shù)字化建筑模型，分析各類因素與環(huán)境條件對建筑使用性能所產(chǎn)生的負(fù)面、正面影響，控制后期結(jié)構(gòu)優(yōu)化工作給建筑設(shè)計(jì)方案精確度帶來的偏差，選擇能夠提升優(yōu)化效果的函數(shù)與計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)，在保證現(xiàn)代建筑的安全性、實(shí)用性的前提下，突出房屋結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)工作的經(jīng)濟(jì)性，壓低建筑工程成本，合理選擇較為適宜的房屋建造結(jié)構(gòu)、技術(shù)器材使用方式、建筑材料，結(jié)合具體環(huán)境條件，調(diào)整施工工藝，全面提升建筑建造效率。

建筑設(shè)計(jì)師可基于數(shù)字化模型精確計(jì)算各類變量，選擇經(jīng)過實(shí)踐驗(yàn)證有效的計(jì)算方法，根據(jù)建筑的整體功能與住戶所提出的質(zhì)量要求，設(shè)計(jì)配套的數(shù)據(jù)分析標(biāo)準(zhǔn)，模擬運(yùn)算主要的變量數(shù)據(jù)，整合并深入研究基于模型和函數(shù)進(jìn)行的數(shù)字化模擬活動(dòng)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，發(fā)現(xiàn)建筑設(shè)計(jì)方案的潛在缺陷與固有優(yōu)勢，平衡對建筑質(zhì)量產(chǎn)生影響的主要變量。

4.2 優(yōu)化建筑上部結(jié)構(gòu)

建筑設(shè)計(jì)者必須基于數(shù)字化模型，選擇正確措施優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，堅(jiān)持合理性、科學(xué)性原則，優(yōu)化建筑內(nèi)部剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)思路，讓建筑內(nèi)部剪力墻數(shù)量保持在合理范圍內(nèi)，控制剪力墻的建造方式，強(qiáng)化建筑結(jié)構(gòu)的剛度、強(qiáng)度，減少各類安全事故發(fā)生的概率，讓我國現(xiàn)代建筑有能力應(yīng)對地震、泥石流、臺風(fēng)等自然災(zāi)害，防止發(fā)生墻體破裂、管道泄漏等問題，給廣大住戶提供一個(gè)較為安全的居住環(huán)境。

建筑設(shè)計(jì)師應(yīng)保證剪力墻重量均勻地分布于樓層整個(gè)橫截面上，使用鋼筋混凝土制作的梁柱支撐剪力墻，讓高層建筑中不同樓層的結(jié)構(gòu)中心保持一致，突出建筑平面的剛度。在保證建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的前提下，調(diào)整剪力墻的水平方向和承重能力，處理好角度平衡性問題，強(qiáng)化剪力墻的延展性，根據(jù)現(xiàn)代建筑項(xiàng)目的整體質(zhì)量要求、參數(shù)指標(biāo)，對在現(xiàn)場搜集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析研究，爭取滿足工程的實(shí)際質(zhì)量需求。

4.3 優(yōu)化整體設(shè)計(jì)方案

建筑從業(yè)者必須針對具體的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行全面、深入的分析研究，調(diào)查具體施工現(xiàn)場的環(huán)境，準(zhǔn)確定位建筑工程的規(guī)模、質(zhì)量、使用性能、參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)；從整體角度入手，規(guī)劃關(guān)鍵性技術(shù)設(shè)備的使用方式、資源調(diào)配機(jī)制，嚴(yán)格控制容易影響建筑建造質(zhì)量的外部因素，如人工操作錯(cuò)誤、建造工藝不合標(biāo)準(zhǔn)、原材料質(zhì)量差等。做好配套的質(zhì)量控制工作，反復(fù)核查建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，分析建筑的受力條件與結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，合理化控制各類建材的使用數(shù)量，避免浪費(fèi)工程資源，消除可能存在的安全隱患。

設(shè)計(jì)者必須根據(jù)質(zhì)量要求簡化大型建筑、高層建筑的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，控制在建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)計(jì)算的誤差大小，壓低施工成本，確認(rèn)與建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相關(guān)的各類約束條件，如應(yīng)力約束、尺寸約束、空間約束等，在建筑建造過程中將實(shí)際約束條件和建造規(guī)劃中的目標(biāo)約束條件進(jìn)行比對，保證主要約束條件符合基本要求。

5 房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化注意事項(xiàng)

5.1 結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)

建筑企業(yè)在開展建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作時(shí)，不僅需突出整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)優(yōu)化，同時(shí)還要突出結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)的設(shè)計(jì)優(yōu)化。建筑工程開發(fā)具有不可逆性，在工程完成建設(shè)后，存在的安全隱患、設(shè)計(jì)隱患將直接影響建筑物的整體使用安全性與穩(wěn)定性。為此，在實(shí)際建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作中，需落實(shí)結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)優(yōu)化工作，主動(dòng)消除設(shè)計(jì)隱患。如在建筑工程的不同項(xiàng)目設(shè)計(jì)中，配筋率作為常見的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，要合理控制配筋率，以提高相關(guān)項(xiàng)目的建設(shè)質(zhì)量與安全。又如在開展框架結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作時(shí)，應(yīng)選擇冷軋帶肋鋼筋進(jìn)行施工，通過使用該類鋼筋材料，可有效控制鋼筋投入成本，提高建筑工程開發(fā)的整體安全性與經(jīng)濟(jì)性。

建筑企業(yè)在開展結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)工作時(shí)，應(yīng)合理引進(jìn)信息技術(shù)，保證建筑項(xiàng)目結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的可行性與有效性。如部分項(xiàng)目建設(shè)過程中，通過合理引進(jìn)BIM技術(shù)，圍繞結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，建構(gòu)虛擬的三維立體模型，進(jìn)而可視化分析構(gòu)件設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)方案中存在的問題，便于對其進(jìn)行有效解決。在計(jì)算機(jī)信息技術(shù)應(yīng)用過程中，相關(guān)技術(shù)人員必須熟練掌握信息技術(shù)，以保證技術(shù)應(yīng)用的可靠性與合理性，有效提升我國建筑行業(yè)發(fā)展水平[1]。

5.2 整體方案選型

當(dāng)今社會，房屋設(shè)計(jì)不僅是解決人們的衣食住行，而應(yīng)注重外觀造型和藝術(shù)價(jià)值。這給房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)帶來了一定的技術(shù)難度，因此結(jié)構(gòu)方案選型十分關(guān)鍵，結(jié)構(gòu)選型是房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的重要一環(huán)，對控制造價(jià)有著決定性作用，影響著整個(gè)工程的經(jīng)濟(jì)性。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要合理應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)完善約束條件，使其充分滿足設(shè)計(jì)要求，不斷增強(qiáng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案的準(zhǔn)確性和可操作性。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中要科學(xué)應(yīng)用多種先進(jìn)軟件技術(shù)，有效保證建筑結(jié)構(gòu)的安全性，增強(qiáng)設(shè)計(jì)模型的科學(xué)性，可結(jié)合實(shí)際選擇結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)變量，根據(jù)房屋建筑的重要性和關(guān)鍵參數(shù)，明確結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的主要變量。

5.3 綜合分析

建筑工程建設(shè)過程中，為保證結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的科學(xué)性與合理性，應(yīng)綜合分析結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，如考量建筑物的周邊環(huán)境、建筑物的功能設(shè)定、經(jīng)濟(jì)效益、使用壽命等，以保證結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，具有一定的可操作性。設(shè)計(jì)人員在開展結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作時(shí)必須考慮多個(gè)因素，確?？茖W(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)匾?guī)劃布局，基于實(shí)際建設(shè)環(huán)境條件制訂合理的設(shè)計(jì)方案，最大程度上利用當(dāng)?shù)亟ㄖ牧?，以達(dá)到建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)預(yù)期效果。建筑企業(yè)在開展綜合分析工作前，應(yīng)組建專業(yè)的設(shè)計(jì)評審小組，由技術(shù)專家組成，確保綜合分析過程中，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題，消除設(shè)計(jì)質(zhì)量隱患，提高房屋建筑的整體建設(shè)質(zhì)量，充分發(fā)揮開展綜合分析工作的實(shí)際作用。

6 房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化措施

6.1 結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)優(yōu)化

在進(jìn)行建筑物的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，需要協(xié)調(diào)多個(gè)項(xiàng)目，如管道、基本構(gòu)件、供暖、通風(fēng)和空調(diào)以及電氣，以確保建筑物的完整性和安全性。這要求在優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)有效優(yōu)化結(jié)構(gòu)兼容性，例如風(fēng)管/管道與結(jié)構(gòu)的協(xié)調(diào)，供暖和風(fēng)管/管道與建筑主體的優(yōu)化，電氣設(shè)備和消防系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化，以確保單個(gè)項(xiàng)目的安全，并提高建筑設(shè)計(jì)的可行性和效率[2]。

6.2 建筑室內(nèi)結(jié)構(gòu)優(yōu)化

優(yōu)化室內(nèi)設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)師應(yīng)遵循美觀、安全和合理的原則。比如建筑物內(nèi)部設(shè)計(jì)的滑動(dòng)墻應(yīng)與建筑平面圖相匹配，外墻的切割尺寸應(yīng)相應(yīng)調(diào)整，以改善內(nèi)部的使用。在建筑內(nèi)部設(shè)計(jì)梁的時(shí)候，梁的寬度要和建筑墻一樣，以保證結(jié)構(gòu)優(yōu)化的可行性。一些復(fù)雜的建筑構(gòu)造需要高水平的建筑內(nèi)部設(shè)計(jì)，因此要確保寬闊、明亮的層。所以在優(yōu)化室內(nèi)和室內(nèi)設(shè)計(jì)的時(shí)候，要避免設(shè)置橫梁。否則，應(yīng)控制梁的高度和尺寸，以滿足建筑設(shè)計(jì)要求[3]。

6.3 地下室結(jié)構(gòu)優(yōu)化

地下室是現(xiàn)代建筑發(fā)展的重要組成部分，高效優(yōu)化設(shè)計(jì)，確保地下室整個(gè)建筑的安全性和可靠性。在優(yōu)化地下室建筑時(shí)，設(shè)計(jì)者應(yīng)在建筑地塊的總體要求中適當(dāng)控制樓層，以減少地下室的樓層，降低未來項(xiàng)目的建筑成本。因?yàn)榈叵率业膶痈咧苯佑绊懞罄m(xù)工程中鋼筋的質(zhì)量補(bǔ)償和消耗，意味著材料成本無法再得到控制。如果某些地區(qū)地下水密度較高，開發(fā)商在優(yōu)化建筑平面設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)合理安排水因素，以減少地下室的樁頭數(shù)量，降低地下室的支化率[4]。以此提高地下室整個(gè)建筑的安全性和可靠性。

由于地下室的結(jié)構(gòu)具有高載荷和高水流，要確保地下室結(jié)構(gòu)的總體設(shè)計(jì)可靠性，應(yīng)適當(dāng)控制側(cè)墻的彎曲率，并智能計(jì)算各種結(jié)構(gòu)元件的受力狀態(tài)，以優(yōu)化性能、尺寸、配置、布置等，確保地下室設(shè)計(jì)的可靠性和可行性。為了更好地可視化地下室的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，建議使用BIM技術(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)[5]。

6.4 重視結(jié)構(gòu)體系優(yōu)化

在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，存在平面不規(guī)則和豎向不規(guī)則的情況，需要設(shè)計(jì)人員結(jié)合建筑功能，控制平面的長寬比和立面的高寬比，盡可能保證建筑質(zhì)量中心與結(jié)構(gòu)中心重合。在豎向結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，應(yīng)該避免有較大的外挑或者內(nèi)收，規(guī)避薄弱層以及轉(zhuǎn)換層等不利因素，這樣才能更好地保證結(jié)構(gòu)水平抗剪承載力，以及側(cè)向剛度的均勻分布[6]。

7 結(jié)束語

總的來說，建筑師在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，需要制定科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目刂茩C(jī)制有效解決結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的問題，從而提高結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的有效性和可靠性。本文從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的各個(gè)方面開始，例如結(jié)構(gòu)調(diào)整，建筑內(nèi)部結(jié)構(gòu)優(yōu)化，地下室的結(jié)構(gòu)優(yōu)化，建筑的優(yōu)化等，并分析和檢查具體措施，以優(yōu)化各自員工的建筑設(shè)計(jì)。