房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的設(shè)計(jì)優(yōu)化探討

羅晶　朱強(qiáng)

摘要：建筑物的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在很大程度上取決于建筑結(jié)構(gòu)的構(gòu)造，不斷優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)的外觀不僅可以提高機(jī)構(gòu)建設(shè)的安全性，還可以有效降低企業(yè)的投資成本。在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)逐漸激烈的背景下，提高企業(yè)建設(shè)工作的盈利能力，增強(qiáng)企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力是關(guān)鍵。本文根據(jù)建筑施工技術(shù)的設(shè)計(jì)原則，探討了建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，提出了改進(jìn)了建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)措施，希望對(duì)促進(jìn)我國(guó)房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的持續(xù)優(yōu)化做出積極貢獻(xiàn)。

關(guān)鍵詞：建筑結(jié)構(gòu);結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);優(yōu)化

建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)可以有效地改善建筑的功能結(jié)構(gòu)，提高人們的生活舒適度。根據(jù)目前我國(guó)城市建設(shè)的發(fā)展趨勢(shì)，高層建筑的數(shù)量逐年增加。在建設(shè)大量建筑物時(shí)，必須考慮如何在建設(shè)項(xiàng)目中實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，同時(shí)也要滿足建設(shè)工程的不同要求，提高結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。作為建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)概念的一部分，工程師必須根據(jù)建筑物的安全性改進(jìn)建筑計(jì)劃。并使用最科學(xué)合理的設(shè)計(jì)方法和技術(shù)，來降低建筑物的建造成本。經(jīng)驗(yàn)表明，優(yōu)化設(shè)計(jì)的建筑物的工程成本可降低多達(dá)20%，從而顯著降低項(xiàng)目成本，提高房屋工程的經(jīng)濟(jì)效益。

一、房屋結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)原則

（一）合理選擇計(jì)算草圖

結(jié)構(gòu)優(yōu)化計(jì)算確保了施工服務(wù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性，計(jì)算草圖是結(jié)構(gòu)計(jì)算的基礎(chǔ)。目前在建設(shè)過程中沒有達(dá)到充分選擇的計(jì)算方案，這直接導(dǎo)致了建筑工程結(jié)構(gòu)的安全問題，因此合理選擇建筑設(shè)計(jì)優(yōu)化計(jì)算圖紙，具有極其重要的作用。不可避免的是，由于鋼結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化計(jì)算誤差在施工過程中造成了很大影響，但只要在故障控制設(shè)計(jì)優(yōu)化中處于允許范圍內(nèi)，就能確保結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的安全性和穩(wěn)定性。

（二）正確分析和計(jì)算

計(jì)算機(jī)是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中最重要的分析工具。但是，不同的計(jì)算機(jī)軟件程序會(huì)計(jì)算不同的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，這要求建筑師嚴(yán)格要求計(jì)算機(jī)分析結(jié)果，適當(dāng)?shù)卦u(píng)估最接近實(shí)際情況的計(jì)算結(jié)果，一方面確保計(jì)算結(jié)果的正確性，另一方面確保設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)的靜態(tài)設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性。從而有效提升房屋結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)水平，實(shí)現(xiàn)建筑工程設(shè)計(jì)質(zhì)量和效率的提高。

二、房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化

（一）設(shè)計(jì)優(yōu)化方案

工程地質(zhì)報(bào)告、施工現(xiàn)場(chǎng)分類、建筑高度和樓層數(shù)、建筑物的重要性、建筑物的位置等以建筑物的地震烈度結(jié)構(gòu)的形式確定，并且建筑物的形狀根據(jù)設(shè)計(jì)優(yōu)化的不同特征和要求來提供，設(shè)定建筑結(jié)構(gòu)的動(dòng)力載體和支撐系統(tǒng)。

（二）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化

負(fù)荷施工工作計(jì)算：外部負(fù)荷和內(nèi)部負(fù)荷，負(fù)荷是根據(jù)規(guī)格和要求計(jì)算的系數(shù)值，系數(shù)值的不同組合和永久使用的組合計(jì)算相同的不同條件，對(duì)應(yīng)于電子表格元素，確定構(gòu)建的橫截面。首先確定計(jì)算的負(fù)載值，按照施工措施的要求，使用要求和各種計(jì)算手冊(cè)中的實(shí)驗(yàn)計(jì)算方法。

（三）設(shè)計(jì)圖紙優(yōu)化

用于計(jì)算建筑工程的內(nèi)力與輪廓體和載荷值進(jìn)行確定，包括根據(jù)拉動(dòng)、彎矩和軸向壓力、扭矩、側(cè)向力計(jì)算。根據(jù)最終計(jì)算的結(jié)構(gòu)內(nèi)力以及部件的要求和限制，靜態(tài)計(jì)算的部件滿足要檢查的規(guī)范的要求。如果不符合要求，就要調(diào)整構(gòu)件的截面或布置，直到滿足要求。

三、建筑設(shè)計(jì)優(yōu)化中的常見問題

（一）現(xiàn)澆混凝土板的干縮和鋼筋的儲(chǔ)存

在澆筑混凝土地面時(shí)，澆筑混凝土后，混凝土?xí)诙虝r(shí)間內(nèi)產(chǎn)生較大的溫差，容易產(chǎn)生干縮裂縫的問題。尤其是季節(jié)或特殊地區(qū)之間這種現(xiàn)象非常明顯。這種現(xiàn)象主要發(fā)生在住宅房屋結(jié)構(gòu)中，公共建筑和商業(yè)建筑很少見。造成這種情況的原因是工程主要使用預(yù)拌混凝土，預(yù)拌混凝土廠負(fù)責(zé)直接提供，而混凝土泵要求更好的混凝土流動(dòng)性、加工性、高價(jià)值對(duì)于大量商品混凝土要達(dá)到這種效果，要合理增加含水量，使混凝土中的水灰含量過高，這將顯著影響混凝土的質(zhì)量。

（二）氣缸和墻壁連接的混合

在復(fù)雜的結(jié)構(gòu)平面的布置中，通常存在連接多向列網(wǎng)絡(luò)的站點(diǎn)。它們中的一些圍繞每個(gè)柱和每個(gè)柱通過框架梁連接在一起以形成多梁交叉點(diǎn)，這加強(qiáng)了鋼筋混凝土的構(gòu)造并且給錨點(diǎn)區(qū)域帶來了嚴(yán)重影響，給施工進(jìn)度帶來了不便。

（三）結(jié)構(gòu)計(jì)算或設(shè)計(jì)優(yōu)化方法存在問題

1、計(jì)算機(jī)的實(shí)際設(shè)計(jì)優(yōu)化圖紙和計(jì)算草圖不符

主要問題是開口的剪切尺寸、剪切力與長(zhǎng)度、厚度、門窗開口等的位置不匹配，計(jì)算框架結(jié)構(gòu)圖的高度不相符。這主要是由于過早的專業(yè)結(jié)構(gòu)計(jì)算后的水平構(gòu)建經(jīng)過多次調(diào)整，但沒有時(shí)間反饋的專業(yè)結(jié)構(gòu)，所以相互之間缺乏必要的聯(lián)系，直到試用期，最受關(guān)注在單個(gè)表面上，沒有構(gòu)建控制計(jì)劃。因此容易引起錯(cuò)誤，此時(shí)是某些成分的失真放大，導(dǎo)致圖紙放大不清晰的風(fēng)險(xiǎn)。

2、抗震概念設(shè)計(jì)優(yōu)化不足

目前抗震設(shè)計(jì)優(yōu)化包含三個(gè)目標(biāo)，第一目標(biāo)承載力;第二個(gè)目標(biāo)可以使用但不合標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)構(gòu)可靠性該系數(shù)用于實(shí)現(xiàn)損傷修復(fù)的目標(biāo);第三個(gè)目標(biāo)是通過設(shè)計(jì)優(yōu)化和各種抗震施工措施來實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)優(yōu)化的目的。目前這三個(gè)抗震設(shè)計(jì)優(yōu)化目標(biāo)沒有完全達(dá)到，概念設(shè)計(jì)優(yōu)化不足，對(duì)房屋結(jié)構(gòu)質(zhì)量帶來一定的安全隱患。

（四）鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)優(yōu)化不足

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)優(yōu)化一般沒有計(jì)算值，基于機(jī)械系統(tǒng)與子系統(tǒng)損壞、測(cè)試現(xiàn)象、工程經(jīng)驗(yàn)之間關(guān)系的整體結(jié)構(gòu)，得到基本的設(shè)計(jì)優(yōu)化原則和思路。在當(dāng)前的抗震設(shè)計(jì)優(yōu)化中，一般結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的彈性計(jì)算基于多余的地震方面，超過概率約63.2%，小于地震附著措施的總強(qiáng)度，以達(dá)到最高安全標(biāo)準(zhǔn)。但有些項(xiàng)目的設(shè)計(jì)重點(diǎn)忽略了地震的結(jié)果、概念和設(shè)計(jì)優(yōu)化要求，達(dá)不到應(yīng)有的效果。

四、解決建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化中常見問題的有效方法

（一）確定結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的科學(xué)性和合理性

1、結(jié)構(gòu)剛度與重力載荷之比稱為重力與重量之比。它影響整個(gè)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，是影響二階引力效應(yīng)的重要參數(shù)。一般來說，只使用增加二階重量比的方法，考慮到重力的影響，結(jié)構(gòu)只是一個(gè)重量比增加，以減少二階效應(yīng)，二階效應(yīng)要控制在20%以內(nèi)。

2、剪切重量比是抗震設(shè)計(jì)優(yōu)化中非常重要的參數(shù)。由于受長(zhǎng)期影響，地震影響系數(shù)迅速下降，根據(jù)這種情況計(jì)算的水平地震下的結(jié)構(gòu)效應(yīng)可能太小。對(duì)于長(zhǎng)期結(jié)構(gòu)，地面加速度和動(dòng)力學(xué)下的位移結(jié)構(gòu)將產(chǎn)生大的破壞性地震。如果剪切重量比小于0.02，雖然結(jié)構(gòu)的剛度，滿足水平位移的要求限制，但對(duì)于穩(wěn)定的條件，設(shè)計(jì)者應(yīng)考慮設(shè)計(jì)優(yōu)化過程中的重量。從而有效確定重量比和剪切重量比的合理值。

（二）設(shè)計(jì)優(yōu)化方法和結(jié)構(gòu)優(yōu)化措施

1、優(yōu)化剪力墻樁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

如果建筑物的結(jié)構(gòu)為剪力墻或框架結(jié)構(gòu)，主要是地震剪力墻的水平力，則承載垂直荷載構(gòu)件也很重要，使整個(gè)結(jié)構(gòu)要沿著織樁剪力墻分布，在中心線上與其中心線重合。雖然雙樁布置帽堆具有足夠的剛度、彎曲和沖壓，但應(yīng)進(jìn)行有效的控制，以提高結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的科學(xué)性和合理性。

2、樁基設(shè)計(jì)優(yōu)化

如果垂直荷載后的樁排列只檢查反作用力，極蓋的底部彎矩，剪力和某些芯管的剪力墻結(jié)構(gòu)和墻體結(jié)構(gòu)的底部力矩，對(duì)基礎(chǔ)承載力的影響較大，因此檢查過程不能忽視地基基礎(chǔ)和剪力墻，以及在樁底部具有大扭矩的大跨度結(jié)構(gòu)的向上拉出力。進(jìn)行有效的檢測(cè)，提高整體的設(shè)計(jì)優(yōu)化效果和設(shè)計(jì)優(yōu)化水平。

五、結(jié)語(yǔ)：

綜上所述，在房屋結(jié)構(gòu)規(guī)劃時(shí)，我們必須考慮用戶對(duì)房屋使用的要求，還要考慮建筑的質(zhì)量、安全性、穩(wěn)定性等方面。通過優(yōu)化建筑項(xiàng)目的設(shè)計(jì)，可以更好地實(shí)現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的整體優(yōu)化，從而實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)、科學(xué)的設(shè)計(jì)要求，滿足人們多樣化的使用需求。

參考文獻(xiàn)：

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[2] 王燕，王維.淺談建筑結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)[J].山西建筑，2015，（1）：59.

作者簡(jiǎn)介：羅晶，女（1989.09），研究生（碩士），工程師，主要從事結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作。

朱強(qiáng)，男（1985.08），本科（學(xué)士），工程師，主要從事結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作。