探析房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的優(yōu)化技術(shù)

摘要；房屋建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一項(xiàng)專業(yè)性要求較高的工作，需要有嚴(yán)格的技術(shù)保障。最終的決策會(huì)受到多方面因素的影響，而在實(shí)踐當(dāng)中，美觀性、舒適性、實(shí)惠性、耐用性和安全性是最為基本的設(shè)計(jì)原則，也是最為重要的設(shè)計(jì)指標(biāo)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)結(jié)合現(xiàn)有資源，合理的對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化，提升建筑效益。

關(guān)鍵詞；房屋建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；優(yōu)化；重要性

引言

對(duì)建筑的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化，不但能夠減少工程預(yù)算，而且可以確保建筑自身的功能。同時(shí)，需要注意的是建筑企業(yè)及開(kāi)發(fā)商絕對(duì)不能只追求經(jīng)濟(jì)利益而不顧建筑質(zhì)量，不能為了使結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)最大化而削弱技術(shù)性能、縮減建材的質(zhì)量。需要明確房屋結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)優(yōu)化的最終目的是在保障建筑的功能和質(zhì)量基礎(chǔ)上增加企業(yè)收益。

一.房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化理論分析

1.1房屋的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，專業(yè)性較強(qiáng)，并且還有極強(qiáng)的系統(tǒng)化和理論化的特征。一般的而言設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之時(shí)，需要考慮多項(xiàng)指標(biāo)，不僅需要對(duì)美學(xué)指標(biāo)、建筑使用功能的價(jià)值指標(biāo)進(jìn)行分析，同時(shí)還需要結(jié)合設(shè)計(jì)的實(shí)際情況和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。建筑的功能性價(jià)值，指的是能夠?yàn)槿藗兯峁┑淖顬榛A(chǔ)的使用價(jià)值，諸如保暖、遮風(fēng)擋雨、抵御外界的溫度變化等等，而建筑的美學(xué)性指標(biāo)，則主要側(cè)重于整個(gè)房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的美觀性和外觀的整體性，保證各個(gè)細(xì)節(jié)的搭配合理、房屋的設(shè)計(jì)形式協(xié)調(diào)大氣，能夠給人以美的享受。所以，對(duì)于設(shè)計(jì)人員而言，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一項(xiàng)非常復(fù)雜的工作。也正是在上述四項(xiàng)理念的指引之下，設(shè)計(jì)人員需要從眾多的設(shè)計(jì)方案當(dāng)中選取最為科學(xué)、最為合適的設(shè)計(jì)方案，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的項(xiàng)目目標(biāo)。

1.2房屋建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化理論，主要的優(yōu)化對(duì)象是房屋建筑的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)的模式理念等，鼓勵(lì)技術(shù)人員采用先進(jìn)的設(shè)計(jì)工藝、科學(xué)的設(shè)計(jì)觀念，保證最佳的設(shè)計(jì)效果。同時(shí)現(xiàn)代建筑的內(nèi)部結(jié)構(gòu)一般都很復(fù)雜，要想將各種復(fù)雜的部件有機(jī)的、完美的整合在一起，難度較高。具體一點(diǎn)來(lái)講，建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方案需要將房屋的外圍設(shè)計(jì)、房頂?shù)脑O(shè)計(jì)、房屋細(xì)節(jié)部位的設(shè)計(jì)等等進(jìn)行綜合研究，同時(shí)需要很好的考慮到整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)的布局形式、整體設(shè)計(jì)的樣式、建筑局部受力情況、價(jià)格指標(biāo)等等，注重結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的社會(huì)效益、為企業(yè)帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益和對(duì)周邊的環(huán)境效益。在保障了整體建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的前提基礎(chǔ)之上，設(shè)計(jì)工作人員需要力求設(shè)計(jì)方案創(chuàng)新、大膽，設(shè)計(jì)思想超前，敢于在實(shí)踐當(dāng)中滲入的探索和改良，對(duì)基本的房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方案進(jìn)行不斷的分析，結(jié)合其他工作人員的意見(jiàn)，不斷的尋求設(shè)計(jì)上的突破。

1.3對(duì)于房屋建筑來(lái)講，平面結(jié)構(gòu)應(yīng)當(dāng)平整且簡(jiǎn)潔美觀，可以很好的反映和體現(xiàn)出建筑的對(duì)稱性，盡可能的減少房屋剛性結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)以及房屋平面建設(shè)施工質(zhì)量之間存在的差異，另外，還需要考慮到房屋建筑局部部位承受的力量，確保房屋可以在承受巨大壓力之時(shí)不至于出現(xiàn)結(jié)構(gòu)扭曲的情況。在充分的分析并且滿足居住人員的基本要求基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)者還應(yīng)當(dāng)對(duì)建筑的承重結(jié)構(gòu)進(jìn)行細(xì)致的設(shè)計(jì)，采用貫通豎直的設(shè)計(jì)形式來(lái)增強(qiáng)房屋在側(cè)向以及豎向方向之上的承受能力。最后，還需要考慮到房屋建筑的材料要求，保證設(shè)計(jì)方案符合經(jīng)濟(jì)要求。

二.房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要性

2.1對(duì)于現(xiàn)代化的房屋建筑，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化重要性不言而喻。高質(zhì)量的設(shè)計(jì)方案，可以使得房屋的實(shí)際使用價(jià)值大大提高，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)建筑的美學(xué)價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值升值，進(jìn)一步的節(jié)省建筑原材料的損耗，有效的保護(hù)了周邊的環(huán)境，為居住者創(chuàng)建了一個(gè)優(yōu)美和溫馨的家園。現(xiàn)代化的建筑項(xiàng)目講究的是整體效益和綜合效益，如何在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)當(dāng)中盡可能的節(jié)省開(kāi)支、減少材料損耗，在確保了美觀耐用、扎實(shí)穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，全面滿足不同層次、不同類型客戶的功能需求，將是所有建筑企業(yè)所共同追求的。與傳統(tǒng)的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案和理念不同的是，現(xiàn)代化的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以使得房屋建設(shè)成本進(jìn)一步降低，對(duì)現(xiàn)有的材料進(jìn)行充分利用，對(duì)布局形式和平面設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，并且對(duì)房屋內(nèi)部各個(gè)不同的組成單元、組成部分進(jìn)行巧妙的設(shè)計(jì)和重新組合，可以使得各個(gè)獨(dú)立的部分各自之間緊密的銜接起來(lái)，發(fā)揮出共同的作用。同時(shí)，在對(duì)局部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化的同時(shí)，還可以使得建筑的安全性達(dá)到全新的標(biāo)準(zhǔn)。所以，房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化對(duì)于現(xiàn)代化的建筑企業(yè)來(lái)講，必不可少、勢(shì)在必行。重要的。

2.2高層建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)策略

目前高層建筑結(jié)構(gòu)中，鋼筋混凝土框架-剪力墻結(jié)構(gòu)是最常采用的結(jié)構(gòu)，由于其具有框架結(jié)構(gòu)，所以其平面布置可以很靈活的進(jìn)行布置，以獲得較大的空間，整體性較好，而且抗震能力也較強(qiáng)，由于其框架剪力墻結(jié)構(gòu)具有較多的優(yōu)點(diǎn)，因此在水平荷載下，框架剪力墻具有單純的框架或是單純的剪力墻更為水利的水平變形曲線。但鋼筋混凝土框-剪結(jié)構(gòu)是一個(gè)具有雙重承載體系的非常復(fù)雜的空間受力體系，力學(xué)分析難度較大，其優(yōu)化設(shè)計(jì)就更為復(fù)雜和難以實(shí)現(xiàn)。鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的分部?jī)?yōu)化設(shè)計(jì)，即是在結(jié)構(gòu)整體內(nèi)力分析完成后，根據(jù)梁柱各構(gòu)件的控制內(nèi)力進(jìn)行截面優(yōu)化設(shè)計(jì)，確定滿足荷載效應(yīng)水平要求的各結(jié)構(gòu)構(gòu)件的幾何特征和配筋量的優(yōu)化結(jié)果，由此導(dǎo)致原結(jié)構(gòu)的幾何特征和荷載特征發(fā)生變化。優(yōu)化結(jié)構(gòu)在現(xiàn)荷載作用下內(nèi)力分布特征發(fā)生變化，各構(gòu)件控制截面上的控制內(nèi)力也發(fā)生相應(yīng)變化，據(jù)此再進(jìn)行新一輪的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

2.3 鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法的具體步驟。1）初始選型：根據(jù)結(jié)構(gòu)平面、立面布置及建筑物設(shè)計(jì)使用功能，分析結(jié)構(gòu)所受的豎向荷載和水平荷載及其傳力路線，并考慮施工因素，歸并框架梁、柱的類型，初選梁柱的幾何尺寸。2）結(jié)構(gòu)分析：按照結(jié)構(gòu)的實(shí)際幾何構(gòu)造特征，計(jì)算結(jié)構(gòu)所受豎向荷載及水平荷載，對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行空間內(nèi)力分析。根據(jù)結(jié)構(gòu)分析結(jié)果，將截面尺寸相同的構(gòu)件來(lái)控制截面內(nèi)力，根據(jù)其大小進(jìn)行分類，并確定每一類構(gòu)件的設(shè)計(jì)控制內(nèi)力。3）截面優(yōu)化設(shè)計(jì)：針對(duì)每一種梁柱構(gòu)件的控制內(nèi)力進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，得出優(yōu)化約束條件下的結(jié)構(gòu)幾何構(gòu)造特征和配筋特征的優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果，從而構(gòu)成新的優(yōu)化意義上的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。4）收斂性判斷：在工程精度意義上選取一個(gè)較小的數(shù)值，作為檢驗(yàn)結(jié)構(gòu)收斂性的條件，進(jìn)行收斂性判斷，若優(yōu)化結(jié)構(gòu)與原結(jié)構(gòu)基本一致，則認(rèn)為優(yōu)化結(jié)構(gòu)是收斂的，可以轉(zhuǎn)入下一步的可行性判斷，否則轉(zhuǎn)回第2）步重新進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析、優(yōu)化設(shè)計(jì)。5）可行性判斷：對(duì)優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行一次內(nèi)力分析，檢驗(yàn)其可用性，若整體分析能夠滿足工程設(shè)計(jì)要求，則可按此方案進(jìn)行配筋和構(gòu)造處理，作為最終的優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果。否則需根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)和結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析結(jié)果進(jìn)行局部調(diào)整，直到方案可用為止。

2.4 框-剪結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)優(yōu)化。在對(duì)框架-剪力墻設(shè)計(jì)優(yōu)化時(shí)，其涉及的問(wèn)題較多，主要的有三個(gè)方面。首先需要對(duì)結(jié)構(gòu)最優(yōu)設(shè)防水平進(jìn)行決策，其次，還要對(duì)框架和剪力墻結(jié)構(gòu)的協(xié)同性、承載力、剛度及變形能力進(jìn)行匹配設(shè)計(jì)，最后需要對(duì)結(jié)構(gòu)的構(gòu)件進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

三.結(jié)束語(yǔ)

綜上所述；高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)對(duì)于高層建筑工程的質(zhì)量具有極其重要的作用，所以對(duì)于高層建筑及超高層建筑的優(yōu)化設(shè)計(jì)是十分重要的，其不僅能夠使高層建筑結(jié)構(gòu)更加合理，而且對(duì)于高層建筑經(jīng)濟(jì)效益的實(shí)現(xiàn)及新型結(jié)構(gòu)形式具有更廣泛的研究和推廣意義。

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