探析房屋建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化

桑志奇

【摘要】隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，人們熱衷追求更高質(zhì)量的生活，對房屋建筑的功能需求也逐步加大，房屋建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計面臨著重大挑戰(zhàn)。為滿足人們?nèi)找嬖鲩L的建筑功能需求，設(shè)計人員應(yīng)重視房屋建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化，創(chuàng)新設(shè)計理念與方法，為建筑用戶提供一個舒適實用、美觀安全的住宅建筑環(huán)境。本文主要深入探究關(guān)于房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的相關(guān)問題。

【關(guān)鍵詞】房屋建筑，結(jié)構(gòu)設(shè)計，優(yōu)化

1. 引言

隨著社會經(jīng)濟發(fā)展步伐的不斷加快，人們的生活水平日益提高，人們在追求高質(zhì)量生活的同時對房屋建筑居住環(huán)境的要求也日益提高。事實上，建筑面積大、外形美觀且建設(shè)質(zhì)量高的建筑結(jié)構(gòu)一般較為完善，所采用的施工材料質(zhì)量也很好，這樣就會加大了工程投資。對房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計進行優(yōu)化，不僅可以全面提高房屋建筑結(jié)構(gòu)的安全性和可靠性的同時，還能滿足住宅用戶的舒適性和經(jīng)濟性需求，節(jié)約工程建設(shè)投資成本，提高房屋建筑建設(shè)項目的社會效益和經(jīng)濟效益。

因此，房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計人員應(yīng)積極探索房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化策略，真正實現(xiàn)建筑資源的優(yōu)化配置，最大限度提高工程資金的利用率，增強房屋建筑結(jié)構(gòu)的安全可靠度，為人們提供一個舒適優(yōu)質(zhì)的居住環(huán)境。

2. 房屋建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化對策

在房屋建筑設(shè)計過程中，房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的任務(wù)是根據(jù)工程建設(shè)總體要求和目標(biāo)，采用最先進科學(xué)的方法，對房屋建筑結(jié)構(gòu)的整體形式、結(jié)構(gòu)構(gòu)件布置和各個建筑構(gòu)件進行科學(xué)設(shè)計。而房屋建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計主要是指設(shè)計人員轉(zhuǎn)變設(shè)計理念，綜合設(shè)計建筑基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)、屋蓋系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、圍護系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及其他細(xì)部結(jié)構(gòu)，真正實現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計優(yōu)化，全面提高工程建設(shè)的經(jīng)濟效益。

2.1 構(gòu)建結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計模型

房屋建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的實質(zhì)是在設(shè)計人員在各種設(shè)計變量參數(shù)中，選取主要影響因素，并為其構(gòu)建結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計模型，結(jié)合科學(xué)先進的計算方法獲得最優(yōu)設(shè)計變量參數(shù)。構(gòu)建房屋建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計模型主要步驟為：

（1） 選取合理設(shè)計變量

設(shè)計變量的合理選取對房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的影響是至關(guān)重要的，因此，在設(shè)計建筑結(jié)構(gòu)時，設(shè)計人員應(yīng)根據(jù)不同變量對設(shè)計結(jié)果的影響程度將各種變量進行合理分類，將一些對設(shè)計結(jié)果影響不大的參數(shù)作為預(yù)定參數(shù)，以減少該項工作的計算和工作量，節(jié)省人力物力。

（2） 科學(xué)確定目標(biāo)函數(shù)

事實上，房屋建筑結(jié)構(gòu)可靠度優(yōu)化設(shè)計的約束條件主要包括應(yīng)力約束、裂縫寬度約束、結(jié)構(gòu)強度約束、尺寸約束、從正常時的極限狀態(tài)下彈性約束到終極狀態(tài)的彈塑性約束等。因此，設(shè)計人員要在優(yōu)化設(shè)計建筑結(jié)構(gòu)時，確保各種約束條件必須滿足設(shè)計要求，通過科學(xué)確定各個設(shè)計目標(biāo)函數(shù)，獲得滿足設(shè)計要求的最優(yōu)解。

2.2 優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)計算參數(shù)

通過計算機得出建筑結(jié)構(gòu)計算參數(shù)后，設(shè)計人員要對計算結(jié)果進行分析判斷，確認(rèn)計算參數(shù)合理有效后，方可應(yīng)用到工程設(shè)計中。一般情況下，計算機計算的參數(shù)主要包括結(jié)構(gòu)的自振周期、樓層地震剪力系數(shù)、樓層彈性層間位移、樓層的側(cè)向剛度比、墻和柱的軸壓比、柱底內(nèi)力設(shè)計值等。此外，為進一步提高計算結(jié)果的合理性，不僅要保證結(jié)構(gòu)方案、結(jié)構(gòu)計算簡圖合理，還需要正確填寫建筑的抗震設(shè)防烈度和場地類別，保證電算程序總信息中的各項計算參數(shù)合理可靠，全面提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性。

2.3 建筑結(jié)構(gòu)的整體優(yōu)化方法

（1） 建筑地基結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化

地基結(jié)構(gòu)是決定整個建筑物穩(wěn)定性、安全性的關(guān)鍵，因此，設(shè)計人員在設(shè)計建筑地基結(jié)構(gòu)時，應(yīng)以因地制宜為設(shè)計原則，以建筑周邊情況為設(shè)計基礎(chǔ)條件。優(yōu)化建筑地基結(jié)構(gòu)設(shè)計，先要確定合理的優(yōu)化設(shè)計方案，如建筑基礎(chǔ)較深時，就要對擬建工程施工現(xiàn)場的水文地質(zhì)情況進行全面勘察分析，同時結(jié)合施工場地各種建設(shè)條件科學(xué)確定基礎(chǔ)選型及埋深。

（2） 建筑砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化

磚砌體是房屋建筑中的受力結(jié)構(gòu)，主要發(fā)揮著抵抗側(cè)向位移和承受重力的重要作用，由于磚砌體布置形式多樣，但不適用于躍層結(jié)構(gòu)或表現(xiàn)出過大受力的建筑結(jié)構(gòu)中。對建筑砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計進行優(yōu)化，就是優(yōu)化磚砌體的平立面結(jié)構(gòu)，提高建筑形體的規(guī)劃性，保證抗側(cè)力構(gòu)件平面布置能夠?qū)ΨQ規(guī)則，而側(cè)向剛度則能沿著豎向均勻變化。在建筑整體結(jié)構(gòu)中，必須保證至少三條的縱向抗震墻體，同時要求對磚砌墻體的門窗位置、開口規(guī)格進行合理規(guī)劃，一般要求將門窗寬度不超過2 m，以保證建筑結(jié)構(gòu)具有良好穩(wěn)固性。

（3） 建筑底部剪力墻設(shè)計優(yōu)化

框架剪力墻主要位于房屋建筑的底部位置，由于它具有豎直方向抵抗側(cè)力部件的不連續(xù)性特點，不僅增加了結(jié)構(gòu)受力不平衡出現(xiàn)的情況，還提高了對建筑結(jié)構(gòu)平面設(shè)計的要求。因此，在進行建筑底部剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化時，應(yīng)盡量將承重墻放置于框架梁上，若設(shè)計條件受限只能將承重墻置于次梁上，此時要適當(dāng)增大主梁與框架梁的鋼筋配置，加大放置承重墻的樓板厚度。另外，在設(shè)計過程中若需要設(shè)置錯層樓板時，必須要選用質(zhì)量輕的板層填充材料。

（4） 建筑剪力墻設(shè)計優(yōu)化

對建筑剪力墻結(jié)構(gòu)進行設(shè)計優(yōu)化，其中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)就是對連梁的優(yōu)化設(shè)計。在設(shè)計過程中增加連梁剮度時，除了會增加建筑結(jié)構(gòu)地震作用，還會大大增加連梁與墻肢的內(nèi)部受力分配，從而導(dǎo)致該部位構(gòu)件的鋼筋配置適度增加，浪費了建筑材料。因此，在優(yōu)化設(shè)計房屋建筑結(jié)構(gòu)時，盡量不要在大剛度窗下墻當(dāng)做連梁的優(yōu)化設(shè)計，而應(yīng)將連梁設(shè)計成剛度與截面都相對較小的弱連梁，當(dāng)剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計剛度與變形程度滿足設(shè)計要求后，還要全面考慮結(jié)構(gòu)設(shè)計的經(jīng)濟性條件，合理布置構(gòu)件。

（5） 建筑結(jié)構(gòu)細(xì)部設(shè)計優(yōu)化

對房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計進行優(yōu)化，除了要重視整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計，還要充分重視建筑各個細(xì)部結(jié)構(gòu)部件的優(yōu)化設(shè)計，例如優(yōu)化設(shè)計現(xiàn)澆板時，為實現(xiàn)去除拐角裂縫與結(jié)構(gòu)的受力均勻，應(yīng)將異形板劃分為矩形板。一般來說，建筑結(jié)構(gòu)底部框架抗震墻的鋼筋配置會較大，而在建筑材料選擇上應(yīng)當(dāng)選用冷軋帶肋鋼筋，以求減少鋼筋配置數(shù)量，便于施工，進一步實現(xiàn)資源節(jié)省的目的，有效控制工程造價。

目前，計算機仿真設(shè)計優(yōu)化技術(shù)已廣泛應(yīng)用于建筑工程設(shè)計行業(yè)中，這種基于計算機模擬技術(shù)對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計思路進行模型化的仿真分析，結(jié)果直觀且準(zhǔn)確。因此，基于人工設(shè)計配合計算機分析技術(shù)的運用進行房屋建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計，應(yīng)被大力推廣，全面推進建筑行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

3. 結(jié)束語

就房屋建筑而言，結(jié)構(gòu)設(shè)計是房屋建設(shè)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，優(yōu)化房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計除了能有效節(jié)省房屋建設(shè)成本，還能提高房屋建設(shè)專業(yè)技術(shù)的質(zhì)量指標(biāo)，加快房屋建設(shè)效率，滿足建筑住戶的使用功能需求，全面推動我國建筑行業(yè)朝著可持續(xù)的方向健康發(fā)展。因此，設(shè)計人員在進行房屋建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計時，要全面考慮建筑周邊環(huán)境因素，嚴(yán)格遵循建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計原則，利用科學(xué)的控制方法，使建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計各個方面優(yōu)化整合，最大限度提高建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的可行性、合理性與安全性。

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