建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計分析

摘 要：建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計水平直接影響建筑工程的質(zhì)量，為此必須提高對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的重視程度，采用優(yōu)化技術(shù)在保證建筑結(jié)構(gòu)基本功能的基礎(chǔ)上應(yīng)該考慮空間利用率、材料的使用、造價控制、居住舒適度等因素。本文將從設(shè)計優(yōu)化的角度出發(fā)，對結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的意義、原則以及具體措施進行分析討論。

關(guān)鍵詞：建筑結(jié)構(gòu);優(yōu)化設(shè)計

在工程建設(shè)的過程中，最基本的目標是在提高工程質(zhì)量的同時盡可能地減少成本的支出，而對建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計是否合理將直接關(guān)系到該目標的實現(xiàn)與否。在滿足建筑基本功能的基礎(chǔ)上通過材料的充分利用、先進技術(shù)手段的應(yīng)用等提高設(shè)計水平，使在激烈的建筑市場競爭中獲得更多優(yōu)勢。通過建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，一方面是提高建筑的整體安全性，另一方面是提高設(shè)計產(chǎn)品的經(jīng)濟性，有效降低工程造價實現(xiàn)效益的最大化。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，可通過設(shè)計方案的優(yōu)化，包括結(jié)構(gòu)選型、布置優(yōu)化以及精心的設(shè)計和準確的計算等來優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)。

1 建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的意義

1.1 提高整體建筑的安全穩(wěn)定性

建筑工程設(shè)計的基本目標之一是保證建筑的安全與穩(wěn)定，因此在進行結(jié)構(gòu)設(shè)計時必須將安全性放在首位，通過優(yōu)化設(shè)計不僅可提高建筑結(jié)構(gòu)的安全性，還能提高整體建設(shè)質(zhì)量，將合理的材料用在合適的位置，提現(xiàn)建筑的效能，延長建筑整體的使用壽命。可通過優(yōu)化設(shè)計及時發(fā)現(xiàn)原來設(shè)計方案中存在的缺陷并進行改正，此外還要通過合理的受力計算與分析及時發(fā)現(xiàn)受力不合理的地方并加以處理。

1.2 改善房屋建筑的功能

為提升整體建筑結(jié)構(gòu)的質(zhì)量，使房屋建筑協(xié)調(diào)統(tǒng)一，且更具有實用性和外觀的美觀性，必須做好設(shè)計階段的方案設(shè)計。通過設(shè)計優(yōu)化及時改進方案中的不足之處并加以完善，可有效改善房屋建筑的功能，使打造出來的建筑更符合宜居的特點。如住宅中通過合理地布置剪力墻與梁，可以方便住戶后期改造，實現(xiàn)設(shè)計和使用很好的結(jié)合。

1.3 提高建筑的經(jīng)濟性

通過建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，一方面可以提升整體建筑的性能，另一方面還能降低工程造價。因此在設(shè)計階段進行合理的優(yōu)化設(shè)計，可為建筑企業(yè)獲得更多的經(jīng)濟效益，提升建筑的經(jīng)濟性。譬如可以通過含鋼量和混凝土含量指標的測算，來控制建筑結(jié)構(gòu)造價。

2 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的原則

建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計包括建筑結(jié)構(gòu)本身，也包括建筑經(jīng)濟效益、居住舒適度和對建筑空間的利用等。因此，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時需要嚴格遵守以下原則：

第一，在建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計時應(yīng)根據(jù)建筑不同的功能需求，對墻柱布局以及墻肢長短等進行調(diào)節(jié)，從而使建筑結(jié)構(gòu)符合經(jīng)濟結(jié)構(gòu)與安全使用的要求。第二，在建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計時必須要滿足建筑居住舒適度的要求，具體可以從建筑結(jié)構(gòu)、裝飾裝修、電氣安裝等進行整體優(yōu)化設(shè)計。第三，需保證整體建筑結(jié)構(gòu)的安全性，使最終滿足建筑結(jié)構(gòu)安全耐用的目標。第四在保證整體建筑結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定的基礎(chǔ)上還要考慮結(jié)構(gòu)造價的問題，盡量在滿足建筑整體性能的基礎(chǔ)上考慮建筑的經(jīng)濟性。

3 建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計具體措施

3.1 優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計模型和設(shè)計計算方案

在進行優(yōu)化設(shè)計時首先必須建立科學合理的建筑設(shè)計模型，控制各個參數(shù)的變化并根據(jù)試驗結(jié)果選擇合適的變量。另外，通過優(yōu)化設(shè)計提升結(jié)構(gòu)計算模型的科學性，對影響建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方案的各個因素進行對比分析，對不合理之處加以改進制定合理的計算方案，從而可降低結(jié)構(gòu)計算失誤，保證建筑結(jié)構(gòu)計算方案的科學合理。如選取合適的地震動參數(shù)、在計算模型中考慮梁端剛域與樓板翼緣計算梁的配筋等均是合理的經(jīng)濟設(shè)計措施。

3.2 優(yōu)化基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計

在進行基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計時，首先在設(shè)計優(yōu)化前要先做好對施工當?shù)氐刭|(zhì)地形、自然環(huán)境等條件的實地考察，收集和分析相關(guān)數(shù)據(jù)，在此基礎(chǔ)上制定科學合理的設(shè)計方案，并根據(jù)可能會遇到的問題制定解決預(yù)案。如常用的基礎(chǔ)形式及經(jīng)濟性優(yōu)先等級一般為：天然基礎(chǔ)>地基處理>樁基礎(chǔ);天然基礎(chǔ)中：獨立基礎(chǔ)>條型基礎(chǔ)>筏板基礎(chǔ);筏板基礎(chǔ)中：平板式>梁板式;地下室基礎(chǔ)中：獨立基礎(chǔ)+防水板>筏板+柱墩基礎(chǔ)（與抗浮水位和地基承載力有關(guān)）。

3.3 優(yōu)化工程結(jié)構(gòu)設(shè)計布局

結(jié)構(gòu)設(shè)計要考慮建筑的使用，科學的布局和合理的設(shè)計提高工程的整體性能。具體可以從以下三個方面入手：

（1）選擇合適的結(jié)構(gòu)形式。根據(jù)建筑層數(shù)、抗震設(shè)防類別、設(shè)防烈度，選擇合適的結(jié)構(gòu)形式，布置水平和豎向承重構(gòu)件;

（2）優(yōu)化平面布置。建筑結(jié)構(gòu)平面宜簡單、規(guī)則，減少結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)，不超限，剪力墻盡量對齊;

（3）優(yōu)化豎向布置。豎向傳力路徑應(yīng)明確，豎向宜布置規(guī)則，盡量避免轉(zhuǎn)換層尤其高位轉(zhuǎn)換。

3.4 優(yōu)化抗震設(shè)計，提高結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性

在建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計時，首先要做好概念設(shè)計，其次應(yīng)該選擇合適的抗震體系，使該體系能形成多道防線，剛度與強度能夠均勻合理地分布;此外，要求建筑結(jié)構(gòu)簡單規(guī)則，可在合適的位置通過設(shè)置防震縫來提高建筑整體的抗震能力;最后通過合理的構(gòu)件設(shè)計滿足控制的變形要求。

4 結(jié)語

綜上，建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計是為了完成既定的建設(shè)目標對工程結(jié)構(gòu)提出了優(yōu)化方案的設(shè)計方法，將各種先進的技術(shù)結(jié)合起來使設(shè)計方案更加完善，使最終的建筑結(jié)構(gòu)不僅滿足基本使用功能，而且還提高了空間利用率、提高了對材料的利用，更加滿足宜居的要求。在建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化過程中，除了要對方案進行完善，還要對基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)、整體布局以及抗震設(shè)計等進行優(yōu)化，才能使打造出來的建筑更具有安全性、耐用性和經(jīng)濟性的特點。

參考文獻：

[1]中華人民共和國國家標準建筑抗震設(shè)計規(guī)范（2016年版）[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2016.

[2]姜桂榮.芻議如何在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中提高建筑的安全性[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2014（03）：212.

[3]陳明.關(guān)于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計問題及策略研究[J].建筑與裝飾，2017（52）.

作者簡介：陳先虎（1986-），男，漢族，安徽合肥人，碩士，工程師。