房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化技術(shù)應(yīng)用探討

劉俊娥

【摘要】對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)這一概念，其定義為在滿足一些特定要求或者是符合相應(yīng)規(guī)范基礎(chǔ)上，使建筑結(jié)構(gòu)中的剛度、造價(jià)等指標(biāo)實(shí)現(xiàn)最優(yōu)設(shè)計(jì)的一種設(shè)計(jì)手段。建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化工作中，既要實(shí)現(xiàn)用戶對(duì)于結(jié)構(gòu)功能提出的新需求，還要滿足低成本、高效益的優(yōu)化設(shè)計(jì)。本文首先分析了結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)工作的四個(gè)基本要求，然后重點(diǎn)從設(shè)計(jì)方案、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)構(gòu)件配置以及建筑材料使用等三個(gè)方面來進(jìn)行分析建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)工作。

【關(guān)鍵詞】功能結(jié)構(gòu)；建筑結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)成本；優(yōu)化設(shè)計(jì)

1.分析建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的相關(guān)要求

1.1建筑結(jié)構(gòu)的功能性要求

對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，是為了不斷滿足人們對(duì)于物質(zhì)生活的需求，使人們的居住環(huán)境變得更美好，并且方便人們的日常生活工作。現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)功能性不僅包括實(shí)用性功能，同時(shí)還包括結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)性、美觀性以及環(huán)境的舒適性等元素。

1.2建筑結(jié)構(gòu)安全性

人們的日常生活以及大部分工作都是在室內(nèi)進(jìn)行，建筑和人們的生活及生產(chǎn)均有著密切的聯(lián)系，因此建筑安全性是結(jié)構(gòu)優(yōu)化過程中需要考慮到的一個(gè)重要因素。因此，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化工作中一定要重視優(yōu)化設(shè)計(jì)決策、設(shè)計(jì)以及施工階段的安全性，從而確保建筑結(jié)構(gòu)具有良好的安全性。

1.3建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中的經(jīng)濟(jì)性要求

結(jié)構(gòu)優(yōu)化工作中對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)資源合理使用而提出的新要求就是經(jīng)濟(jì)性，其目的是在建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，能使建筑材料資源達(dá)到合理利用、減少施工成本的目的。此外，不同材料都會(huì)具有某些稀缺特性，實(shí)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)能幫助合理、科學(xué)的搭配材料比例，減少不必要的材料浪費(fèi)情況。

1.4建筑結(jié)構(gòu)中的環(huán)保性

建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)過程中科學(xué)合理選用材料，能大大提高結(jié)構(gòu)功能性，還能達(dá)到節(jié)能環(huán)保的目的。在整體優(yōu)化布局中，既要求建筑物內(nèi)部以及外部達(dá)到統(tǒng)一，同時(shí)還要要求環(huán)保。在結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)能充分利用廢舊材料具有的價(jià)值，并且要求建筑結(jié)構(gòu)及材料在今后的使用時(shí)不會(huì)對(duì)周圍環(huán)境造成污染情況。

2.分析建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)措施

2.1結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案分析

在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)過程中為了確保設(shè)計(jì)合理，相關(guān)設(shè)計(jì)工作者應(yīng)按照建筑工程具體情況來制定最優(yōu)、最合理的結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案。這一過程需要重視以下幾個(gè)方面：

①應(yīng)確保建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件配置科學(xué)合理；在設(shè)置結(jié)構(gòu)構(gòu)件過程中，應(yīng)綜合考慮每一件構(gòu)件的作用，從而確保構(gòu)件能在建筑結(jié)構(gòu)中發(fā)揮各自的作用。

②重視預(yù)防扭轉(zhuǎn)效應(yīng)；在結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中要求建筑物的質(zhì)量中心應(yīng)該和結(jié)構(gòu)剛心盡量重合，從而有效預(yù)防結(jié)構(gòu)發(fā)生扭轉(zhuǎn)情況。這樣既能幫助減少結(jié)構(gòu)抗扭轉(zhuǎn)構(gòu)件的使用數(shù)量，還能幫助減少建筑造價(jià)費(fèi)用。

③傳力途徑應(yīng)合理設(shè)置：對(duì)于建筑物而言，其結(jié)構(gòu)傳力途徑如果非常復(fù)雜的話，就會(huì)增加建筑工程造價(jià)成本，另外也會(huì)影響建筑結(jié)構(gòu)的安全性。所以，傳力途徑設(shè)置應(yīng)要求簡單有效，既能幫助減少傳遞構(gòu)件的使用數(shù)，還能減少造價(jià)費(fèi)用，有效防止安全事故出現(xiàn)。

④重視溝通合作：在結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)工作中為了確保設(shè)計(jì)方案能順利得到落實(shí)，要求施工人員、建筑工作者與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員保持良好、密切的溝通與合作關(guān)系，方便不斷發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)及施工過程中存在的問題，并不斷優(yōu)化設(shè)計(jì)工作。

⑤確保結(jié)構(gòu)優(yōu)化后的整體效果：開展建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)工作，應(yīng)將出發(fā)點(diǎn)放在整體建筑結(jié)構(gòu)上，確保結(jié)構(gòu)構(gòu)件具有的剛度、延性以及承載力在建筑結(jié)構(gòu)中都能發(fā)揮到極致。

2.2建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化中材料的合理利用

實(shí)行建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化工作的目的之一就是幫助減少建筑造價(jià)成本，從而提高收益，爭取利用最少的成本，建造出安全性良好且舒適的建筑物[2]。所以，材料選用環(huán)節(jié)至關(guān)重要，材料是否實(shí)現(xiàn)合理使用、科學(xué)搭配，直接關(guān)系著整體建筑結(jié)構(gòu)具有的安全性、環(huán)保性以及經(jīng)濟(jì)性。結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，要求設(shè)計(jì)工作者按照結(jié)構(gòu)構(gòu)件本身具有的環(huán)保特點(diǎn)、受力情況，選用適合的構(gòu)件材料。如果是鋼筋混凝土材料建筑結(jié)構(gòu)，主要由框架柱或剪力墻承受豎向荷載，因此可以采用抗壓性較強(qiáng)的混凝土材料進(jìn)行施工，幫助減少構(gòu)件截面，增加結(jié)構(gòu)空間大小，從而減少結(jié)構(gòu)自重力。另外，梁板作為建筑受彎的關(guān)鍵部位，選用鋼筋時(shí)應(yīng)采用高強(qiáng)度的鋼筋材料，從而在確保安全性的基礎(chǔ)上減少材料使用。如果是建筑結(jié)構(gòu)中的轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)、大跨度結(jié)構(gòu)以及其他復(fù)雜結(jié)構(gòu)等，可以考慮使用鋼結(jié)構(gòu)材料，不僅能減少施工材料使用量，節(jié)省成本，同時(shí)還能確保建筑結(jié)構(gòu)具有的安全性以及舒適度。

2.3分析建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中的構(gòu)件布置

框架結(jié)構(gòu)、框剪結(jié)構(gòu)以及剪力墻結(jié)構(gòu)等都是建筑中嘗采用的結(jié)構(gòu)，在實(shí)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)合理設(shè)計(jì)、科學(xué)布置這些結(jié)構(gòu)構(gòu)件。

對(duì)于梁設(shè)計(jì)及布置工作而言，可以將梁板結(jié)構(gòu)區(qū)分為預(yù)應(yīng)力梁結(jié)構(gòu)和寬扁梁結(jié)構(gòu)兩種[3]。如果是由撓度控制的建筑結(jié)構(gòu)就可以選擇預(yù)應(yīng)力梁板結(jié)構(gòu)，其能達(dá)到相應(yīng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需求，但是需要花費(fèi)較多的費(fèi)用。而寬扁梁板結(jié)構(gòu)既能幫助縮小梁板截面高度值，達(dá)到強(qiáng)柱弱梁的目的，還能增加建筑整體高度，幫助擴(kuò)大建筑面積。由于該梁板橫截面高度下降，增加了縱向鋼筋率及撓度，所以也相應(yīng)的增加了建筑施工成本。

當(dāng)前國內(nèi)建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)工作中，應(yīng)用比較多的是框架-剪力墻結(jié)構(gòu)[4]。這一結(jié)構(gòu)體系是由鋼筋混凝土框架及剪力墻兩個(gè)部分構(gòu)成。一般來說，框架結(jié)構(gòu)中的梁柱采用的是剛接，但是框架剪力墻結(jié)構(gòu)卻能采用剛接以及鉸接兩種方法實(shí)現(xiàn)。結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中，框架剪力墻結(jié)構(gòu)體系具備的整體性、抗震性能、空間使用靈活性以及承載能力等都比較好，從而有效控制建筑結(jié)構(gòu)測移情況，實(shí)現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化目的，但同時(shí)需要注意底部傾覆力矩問題。

3.小結(jié)

總之，建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)工作既要求能增加結(jié)構(gòu)具有的穩(wěn)定性及安全性，還要能幫助減少建筑造價(jià)成本，提高工程效益。所以，設(shè)計(jì)工作者在開展建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)過程中，需要綜合考慮多個(gè)方面的因素，來制定相應(yīng)的合理優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，從而在確保建筑安全性、舒適性的前提下幫助節(jié)省建筑造價(jià)成本。

參考文獻(xiàn)：

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[2]吳勇.建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)分析[J].建材世界.2013，34（3）：81-83.

[3]沈汝偉.對(duì)建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的探討[J].煤炭技術(shù).2011，30（04）：242-243.

[4]陳耀.高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)分析探討[J].福建建材.2011（4）：36-38.