建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化方法及應(yīng)用

鄭維兵

(成都創(chuàng)構(gòu)建筑設(shè)計(jì)有限公司, 四川成都 610000)

合理地使用建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法可以全面提升建筑的實(shí)際使用性能，有效地控制資本投入，實(shí)現(xiàn)建筑企業(yè)的經(jīng)濟(jì)利益最大化。為了在激烈的建筑市場中得以發(fā)展，各建筑單位應(yīng)對建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與施工環(huán)節(jié)進(jìn)行深入研究，在保證建筑質(zhì)量安全的基礎(chǔ)上減少經(jīng)濟(jì)投入，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成施工目標(biāo)。

1 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化內(nèi)涵

建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)優(yōu)化指的是通過對先進(jìn)科學(xué)的設(shè)計(jì)理念進(jìn)行綜合運(yùn)用，將其以合理的設(shè)計(jì)方式進(jìn)行表達(dá)，從而呈現(xiàn)出最優(yōu)的建筑設(shè)計(jì)方案，將設(shè)計(jì)出的建筑物實(shí)現(xiàn)實(shí)用性與美觀性的雙重優(yōu)化，就是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的過程。

對于建筑結(jié)構(gòu)而言，其優(yōu)化設(shè)計(jì)主要針對兩個(gè)方面：其一，是建筑外觀的整體優(yōu)化；其二，是建筑內(nèi)部空間的各項(xiàng)細(xì)節(jié)優(yōu)化。設(shè)計(jì)師要做到對建筑的整體優(yōu)化，不單要根據(jù)建筑本身的特點(diǎn)進(jìn)行調(diào)整完善，同時(shí)還要結(jié)合建筑周邊的環(huán)境進(jìn)行優(yōu)化，將建筑物與周邊環(huán)境進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，呈現(xiàn)城市與自然的和諧景象。

2 建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)對房屋建筑的意義

建筑結(jié)構(gòu)對房屋建筑設(shè)計(jì)的意義尤為重要，從建筑理論與實(shí)踐操作兩方面同時(shí)實(shí)現(xiàn)了對建筑本身的優(yōu)化。在我國城市化進(jìn)程不斷推進(jìn)的今天，建筑數(shù)量已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了成倍增長，城市中心空余土地早已消失殆盡。這就在一定程度上決定了建筑高度的增加，已經(jīng)成為現(xiàn)代化進(jìn)程的必然趨勢，這也為建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化調(diào)整提出了更高的要求。只有在保證建筑質(zhì)量安全的基礎(chǔ)上，做好建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化工作，并為房屋的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)融入更多的先進(jìn)、科學(xué)理念，利用高科技的建筑技術(shù)實(shí)現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

通過對房屋設(shè)計(jì)進(jìn)行結(jié)構(gòu)方面的優(yōu)化，能夠?qū)崿F(xiàn)建筑設(shè)備性能的高效發(fā)揮，提高建筑材料的利用率，避免造成建筑材料的浪費(fèi)，為建筑企業(yè)謀求利益最大化，提高房屋的實(shí)用性與美感，充分利用建筑內(nèi)部的有效空間，增加人們的居住舒適度。

3 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化要點(diǎn)

3.1 注重設(shè)計(jì)協(xié)調(diào)性

建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)優(yōu)化要注重對設(shè)計(jì)協(xié)調(diào)性的重視，若想加強(qiáng)建筑與房屋立體結(jié)構(gòu)與平面設(shè)計(jì)之前的關(guān)聯(lián)程度，促進(jìn)其緊密度的貼合，充分利用現(xiàn)有空間進(jìn)行有效利用，實(shí)現(xiàn)布局上的美觀，就要注重結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的全局協(xié)同特性。在建筑結(jié)構(gòu)的墻體設(shè)計(jì)時(shí)，要結(jié)合居住用戶的實(shí)際生活需求，對墻體與立柱的位置進(jìn)行人性化設(shè)計(jì)，以房屋的簡潔設(shè)計(jì)為主要核心思想，在各層面的高度調(diào)整與截面設(shè)計(jì)體現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)的協(xié)調(diào)性。

3.2 注重優(yōu)化層次性

在建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)同時(shí)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際房屋建造需求進(jìn)行全方位的綜合考量，包括整體機(jī)構(gòu)優(yōu)化問題中的復(fù)雜細(xì)節(jié)。在設(shè)計(jì)優(yōu)化過程中，要重視建筑的整體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，從設(shè)計(jì)體系入手，實(shí)現(xiàn)建筑工程疊加設(shè)計(jì)的目的。實(shí)現(xiàn)建筑使用壽命的有效延長，就要將建筑設(shè)計(jì)進(jìn)行階段性的開展，在保證房屋建筑質(zhì)量及安全的基礎(chǔ)上，最大程度地減少建筑企業(yè)投資成本，提升企業(yè)經(jīng)濟(jì)收益。

3.3 重視設(shè)計(jì)系統(tǒng)

在對房屋建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的過程中，還要對外圍以及房屋頂部的屋蓋進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，將周圍的環(huán)境因素也考慮到對建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化問題中，從而結(jié)合實(shí)際開展全方位的綜合考量。設(shè)計(jì)師要結(jié)合建筑的使用類型、結(jié)構(gòu)布局以及工程造價(jià)預(yù)算進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，保證房屋的使用性能及經(jīng)濟(jì)性。

為了順應(yīng)飛速的時(shí)代發(fā)展與科技革新，建筑設(shè)計(jì)師應(yīng)不斷突破傳統(tǒng)的房屋設(shè)計(jì)方法，不斷地推陳出新，注重在房屋結(jié)果方面的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，促進(jìn)房屋建筑符合時(shí)代發(fā)展的大背景。在實(shí)現(xiàn)人們對居住空間建筑的日常生活需求的同時(shí)，將承重構(gòu)件安置在建筑的垂直方向上，避免其相互錯(cuò)開，以確保建筑的安全質(zhì)量與建造質(zhì)量。

4 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法的具體應(yīng)用

4.1 處理好局部優(yōu)化與整體優(yōu)化之間的關(guān)系

所有的房屋建筑結(jié)構(gòu)都具有層次性與復(fù)雜性的雙重特點(diǎn)。對于房屋建筑的復(fù)雜性而言，指的是在其建造過程中，要選取諸多種類的建筑材料以及配件等進(jìn)行使用，同時(shí)還要對施工團(tuán)隊(duì)的使用加以綜合考量，測試其參建人員是否具備專業(yè)的理論知識(shí)與豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，從而在階段性的施工過程中找尋最佳的建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案。在保證房屋建筑結(jié)構(gòu)質(zhì)量與安全的基礎(chǔ)上，完成建筑的美觀設(shè)計(jì)，給業(yè)主以美好的視覺享受。同時(shí)，為建筑企業(yè)降低經(jīng)濟(jì)投入成本，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)收益最大化?；诮ㄖY(jié)構(gòu)中的層次性而言，就要立足于建筑的整體特性，將整體設(shè)計(jì)與局部優(yōu)化實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)統(tǒng)一，從而完成建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化工作。

4.2 建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能優(yōu)化

隨著我國人口數(shù)量的增加，高層建筑以及超高層建筑將會(huì)成為未來建筑的主流趨勢，未來建筑將以其高度取勝。對于這些高層與超高層建筑來講，其抗震性能的不斷完善與優(yōu)化，將在很大程度上決定著建筑的整體質(zhì)量與住戶的人身安全。由于高層建筑的穩(wěn)定中心較高，如果建筑自身的抗震性能較差，那么極有可能引發(fā)建筑的坍塌，對住戶的人身及財(cái)產(chǎn)安全造成威脅，因此，高層建筑的抗震性能優(yōu)化就顯得極為關(guān)鍵。

決定高層建筑抗震能力的強(qiáng)弱關(guān)鍵在于建筑結(jié)構(gòu)本身的強(qiáng)度及剛度這兩個(gè)方面，若想提升建筑的抗震性能，就要從建筑結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度與剛度入手進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化。根據(jù)不同地區(qū)的建筑抗震能力需求，對屈服部位的受力機(jī)制進(jìn)行合理控制，選取一些相對較為穩(wěn)固的建筑基礎(chǔ)進(jìn)行建筑上部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，重視地基的沉降處理，最大程度地減少由于地震引起的建筑晃動(dòng)，從整體上提升高層建筑的抗震能力。

在高層建筑的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中，使用減震或隔振等高科技技術(shù)，選取一些抗震性能較好的建筑材料，通過對延性結(jié)構(gòu)與抗震系統(tǒng)的融合，結(jié)合使用一些軟墊以及懸吊等相關(guān)的建筑防震措施，從根本上轉(zhuǎn)變建筑的動(dòng)力特征，減少振動(dòng)對高層建筑造成的一系列不良影響。最大限度的提高建筑耗能能力，降低地震作用對高層建筑的不利影響，減少建筑物在面臨地震時(shí)受到的傷害。

4.3 鋼筋混凝土的框架結(jié)構(gòu)優(yōu)化

對于建筑行業(yè)而言，無論是房屋建筑還是道路建設(shè)，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)都是首選結(jié)構(gòu)，其對于各項(xiàng)工程的開展與建設(shè)都有著極為深刻的意義。在部分建設(shè)過程中，可以通過準(zhǔn)則法對鋼筋混凝土的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行完善與優(yōu)化，依照建筑物截面部位框架的尺寸，通過單元法對其進(jìn)行科學(xué)合理的有效分析，最終制定出符合鋼筋混凝土框架尺寸的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方案。

4.4 結(jié)構(gòu)平面布局優(yōu)化

影響建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的因素有很多，特別是針對高層建筑物，風(fēng)壓作為影響最大的自然因素，其對建筑安全的影響也同樣極大。因此，設(shè)計(jì)師在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)平面布局的同時(shí)，要將風(fēng)壓融入到設(shè)計(jì)的考慮之中，通過對建筑物所在地近一年來的四季風(fēng)向及大小進(jìn)行考察，結(jié)合當(dāng)?shù)氐臍夂蛭墨I(xiàn)進(jìn)行全面考察，研究風(fēng)的變化規(guī)律，降低風(fēng)壓對建筑造成的安全隱患。

因此，在建設(shè)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化過程中，要結(jié)合建筑物所處的地理位置及條件進(jìn)行綜合分析，設(shè)計(jì)出科學(xué)合理的建筑外形，在實(shí)現(xiàn)建筑美觀的同時(shí)保證建筑物的穩(wěn)定與安全。若建筑物的位置處于沿海城市及地區(qū)，由于沿海風(fēng)力較為強(qiáng)勁，時(shí)常有臺(tái)風(fēng)等惡劣的自然氣象出現(xiàn)。因此，地處于沿海城市的建筑群落在結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，其外表不宜有凹凸花紋的設(shè)計(jì)，且建筑外表面積不宜過大，否則，將直接危害到建筑物的穩(wěn)定。

由于樓面數(shù)量較少，特別是對于那些樓面開洞過多的建筑而言，對建筑的安全及穩(wěn)定極為不利。因此，在開洞大小的控制問題上，對開洞數(shù)量要經(jīng)過科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)挠?jì)算，只有認(rèn)真的核算才能保證樓面整體剛度的增強(qiáng)，提升危險(xiǎn)情況來臨時(shí)的安全儲(chǔ)備。

5 總結(jié)

綜上所述，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化對于房屋建筑的設(shè)計(jì)工作而言至關(guān)重要。設(shè)計(jì)師在進(jìn)行房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，要兼顧建筑的生活實(shí)用性與視覺美觀性，應(yīng)在現(xiàn)有的設(shè)計(jì)方法基礎(chǔ)上進(jìn)行調(diào)整與優(yōu)化，滿足人們?nèi)找嬖鲩L的多樣化需求。通過大量的建筑實(shí)例表明，對房屋建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行調(diào)整及優(yōu)化，可以最大程度的提升企業(yè)及社會(huì)的經(jīng)濟(jì)效益，保證建筑質(zhì)量及居住安全的基礎(chǔ)上，促進(jìn)建筑企業(yè)健康長久發(fā)展。