論房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法的應(yīng)用

摘要：近年來我國建筑行業(yè)的發(fā)展迅猛，隨著人們生活水平的不斷提高，其對于房屋建筑的安全、功能以及耐久性的要求越來越高。因此，在對房屋建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)重視其優(yōu)化技術(shù)的應(yīng)用。首先論述了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)的作用，其后就房屋建筑中結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法的應(yīng)用做了具體分析。

關(guān)鍵詞：房屋結(jié)構(gòu);建筑結(jié)構(gòu);優(yōu)化

0前言

隨著我國社會(huì)主義經(jīng)濟(jì)改革的不斷深化，建筑行業(yè)中市場競爭越加激烈。在這樣的形勢下，建筑企業(yè)想要穩(wěn)步發(fā)展，必須對自身的施工設(shè)計(jì)、施工方法等進(jìn)行革新，從而建設(shè)出關(guān)觀、功能齊全、使用可靠的現(xiàn)代化建筑。其中，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)作為建筑工程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)重視其優(yōu)化設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)對施工整體結(jié)構(gòu)的把控，保證建筑的施工質(zhì)量，降低建筑施工成本，提高建筑企業(yè)的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)效益。

1.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)的作用

1.1提升建筑的安全性

在進(jìn)行房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化過程中，最重要的原則即為保證建筑結(jié)構(gòu)的整體性能以及安全性能。因此，為了有效地提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量，必須對原有的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化，對于方案中存在的不足以及缺陷要及時(shí)進(jìn)行修整，避免結(jié)構(gòu)出現(xiàn)受力不合理等問題。

1.2減低工程造價(jià)

在保證建筑的整體質(zhì)量的同時(shí)，還應(yīng)重視建筑結(jié)構(gòu)的施工成本，實(shí)現(xiàn)建筑質(zhì)量成本的最優(yōu)化，保證施工企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。當(dāng)前，根據(jù)我國的一些數(shù)據(jù)顯示，進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化后的建筑設(shè)計(jì)方案能夠降低10%～30%的成本，在對建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)后，不僅提高了其結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性，還能夠充分發(fā)揮建筑原材料的性能，降低了建筑的施工成本。

2房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中優(yōu)化技術(shù)的應(yīng)用

2.1建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化

對于房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)而言，其設(shè)計(jì)目標(biāo)即為確保建筑物的耐久性、安全性、功能性以及關(guān)觀性達(dá)到相關(guān)規(guī)范要求。而對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，則是在滿足以上幾點(diǎn)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步考慮建筑的施工可行性、施工成本以及施工進(jìn)度等方面的因素。一般說來，房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化主要分為3個(gè)階段。

2.1.1變量選擇

對于建筑設(shè)計(jì)人員而言，房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的參考數(shù)據(jù)，均可作為變量以供選用。例如，建筑工程目標(biāo)參數(shù)主要包括：房屋的價(jià)格參數(shù)以及預(yù)期出現(xiàn)的損失參數(shù);建筑工程控制和約束參數(shù)主要為表示房屋的架構(gòu)可靠性能參數(shù)等。若是建筑設(shè)計(jì)師使用變化幅度小或是考慮因素少的參數(shù)當(dāng)作設(shè)計(jì)參考指標(biāo)，則建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、編程以及計(jì)算有關(guān)的工作難度相應(yīng)降低，設(shè)計(jì)者則可快速找到符合設(shè)計(jì)目標(biāo)的數(shù)據(jù)，大大提高工作的效率。

2.1.2相關(guān)函數(shù)確定

房屋建筑的設(shè)計(jì)者應(yīng)在眾多組相似的函數(shù)中，選擇出和事先所設(shè)定好的房屋的橫截面尺寸以及鋼筋的尺寸面積最符合的函數(shù)，并對該組函數(shù)的性質(zhì)進(jìn)行細(xì)致的分析，從而實(shí)現(xiàn)房屋建設(shè)成本的最優(yōu)化。

2.1.3條件衡量

為了進(jìn)一步提高房屋建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性及耐用性，在設(shè)計(jì)時(shí)其約束指標(biāo)應(yīng)涵蓋房屋尺寸、架構(gòu)剛性、架構(gòu)穩(wěn)定勝、受力限度以及變形限度、結(jié)構(gòu)可塑程度與結(jié)構(gòu)確定程度等。在對實(shí)際的工程項(xiàng)目進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)結(jié)合具體情況，比較分析施工實(shí)際中約束性條件與目標(biāo)確定的約束性條件，保證各條件均符合有關(guān)要求，最終達(dá)到設(shè)計(jì)優(yōu)化的目的。

2.2鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用

在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，其結(jié)構(gòu)材料的選擇對結(jié)構(gòu)整體性能也有重大影響，表1列出了結(jié)構(gòu)材料性能對比。

當(dāng)前，設(shè)計(jì)人員在對房屋建筑進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)重視鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，其與傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)相比，具有相當(dāng)大的優(yōu)勢：①相比于混凝土以及磚石結(jié)構(gòu)，鋼結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能更好，其能夠把建筑結(jié)構(gòu)受力體系由平面發(fā)展至空間，增強(qiáng)建筑安全性能;②鋼結(jié)構(gòu)更加輕盈，具有明顯的技術(shù)關(guān)、藝術(shù)美以及自然美;③鋼材料類型多樣，建筑手段與方法層出不窮，此兩者相結(jié)合來，有利于提高建筑施工進(jìn)度，降低施工成本。綜上所述，鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用于房屋建筑中，不但能夠滿足人們對于建筑物耐用性、功能性以及安全性的要求，還能夠提高其經(jīng)濟(jì)性與美觀性，符合建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化的目標(biāo)，十分值得推廣。

3結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化在房屋建設(shè)中的具體應(yīng)用

3.1局部和整體優(yōu)化

復(fù)雜性與層次性是任何一個(gè)項(xiàng)目建筑設(shè)計(jì)都具備的兩大特點(diǎn)。從復(fù)雜性方面來看，其主要包括零部件的選取、建筑原材料的選取以及結(jié)構(gòu)類型的選取等內(nèi)容。從層次性方面來看，其主要包括建筑的結(jié)構(gòu)體系、設(shè)計(jì)體系以及安裝設(shè)計(jì)體系等，而在每一個(gè)體系之內(nèi)又包括了很多個(gè)下屬體系。在設(shè)計(jì)房屋建筑的時(shí)候，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該優(yōu)化各個(gè)下屬的系統(tǒng)，沖破各個(gè)布局間的橫向關(guān)聯(lián)，對工程進(jìn)行疊加。因此，在建筑任何房屋的時(shí)候，優(yōu)化的著眼點(diǎn)都應(yīng)該是整體而非局部。只有這樣，才能達(dá)到真正設(shè)計(jì)優(yōu)化的目的。

3.2建筑主體優(yōu)化

房屋建筑的上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)建立相應(yīng)的模型并進(jìn)行系統(tǒng)的優(yōu)化。整個(gè)過程最先一步就應(yīng)當(dāng)合理地設(shè)置剪力墻，保證剪力墻整體的質(zhì)量是均勻的，這樣能將樓層中平面剛度的中心點(diǎn)重合于樓層整體的結(jié)構(gòu)重心，從而減少地震或者風(fēng)力等對其的破壞性。在房屋建設(shè)時(shí)，如果條件允許，要盡可能地對剪力墻進(jìn)行大開間的構(gòu)造，加長剪力墻的墻肢長度，這樣就能減少墻肢的數(shù)量，還能在符合標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上減少混凝土的使用。另外，剪力墻里的暗柱是拿一般性鋼材鑄造而成，如果采用較人的剪力墻就可以減少相對的鋼筋使用數(shù)量，減少相應(yīng)的成本。然而如果建筑的本身不具有相應(yīng)的條件，而且對于抗震抗壓的要求較高，就不得構(gòu)造過大的剪力墻。

3.3樁基礎(chǔ)優(yōu)化設(shè)計(jì)

依據(jù)業(yè)主提供的地質(zhì)勘察報(bào)告，結(jié)合本項(xiàng)目實(shí)際情況，樁基礎(chǔ)采用鉆孔灌注，樁徑700mm，分抗拔樁、承壓樁二種，為節(jié)約樁基成本，在建筑方案階段，我院預(yù)估柱下荷載，結(jié)合地質(zhì)報(bào)告，建議業(yè)主提前進(jìn)行樁基靜荷載試驗(yàn)，以確定最終抗拔樁、承壓樁承載力特征值。因此項(xiàng)目地下二層，地下室埋深較深，且地下水豐富，局部建筑為三層，需要設(shè)置相應(yīng)抗拔樁，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，在計(jì)算抗拔樁承載力時(shí)，首先按土層參數(shù)確定抗拔樁承載力特征值，然后依據(jù)此特征值計(jì)算抗拔樁鋼筋數(shù)量，滿足自身承載力要求，以達(dá)到最經(jīng)濟(jì)效果，通過最后靜載試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，抗拔樁承載力滿足要求。通過提前過行樁基靜荷載試驗(yàn)，即不影響后期施工工期，又節(jié)約了樁基數(shù)量，節(jié)約成本，取得了很好的經(jīng)濟(jì)效果。

3.4結(jié)構(gòu)優(yōu)化要和排水系統(tǒng)優(yōu)化相互協(xié)調(diào)

現(xiàn)代存放排水系統(tǒng)的房間中會(huì)存放著許多機(jī)械設(shè)備，因?yàn)楹奢d強(qiáng)度和荷載能力都較大，所以應(yīng)當(dāng)將存放排水系統(tǒng)的房間安排在地下室，同時(shí)需要確保管道的預(yù)留深度和預(yù)留尺寸都要符合我國的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)需要加固樓板的鉆孔位置。除此之外，應(yīng)擔(dān)對水平方向的管線加以注意，尤其要關(guān)注水平管線是否貫穿了梁或柱，應(yīng)擔(dān)盡量降低這種情況的發(fā)生。如果在建設(shè)過程中因?yàn)椴豢煽沽σ蛩貙?dǎo)致管道貫穿可承重墻，那么則需要對墻體進(jìn)行再次加固，在建筑整體上應(yīng)當(dāng)盡量保證管道網(wǎng)通結(jié)構(gòu)設(shè)置上的協(xié)調(diào)性，避免管道出現(xiàn)繞梁或繞柱情況的發(fā)生。

3.5結(jié)構(gòu)與電氣專業(yè)協(xié)調(diào)

電氣管線若以導(dǎo)線在金屬管內(nèi)沿墻或樓板暗裝則對于預(yù)制結(jié)構(gòu)帶來很大困難，因此穿過梁的垂直管線應(yīng)在預(yù)制時(shí)在梁內(nèi)預(yù)留孔洞，并要保證梁寬與墻厚盡量一致，若不一致則應(yīng)要求墻的一側(cè)與梁的側(cè)面平齊，以確保穿梁管線不外露于墻外：電梯機(jī)房內(nèi)空洞、預(yù)埋件非常多其荷載相應(yīng)增大，因此該房間內(nèi)應(yīng)進(jìn)行單獨(dú)計(jì)算來確定其強(qiáng)度，另外電梯井道一般除受豎向荷載外還受水平力作用，因此應(yīng)單獨(dú)校核其強(qiáng)度尤其是洞口處強(qiáng)度。

4.結(jié)語

綜上所述，建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案是一個(gè)復(fù)雜的綜合決策問題，其基本原則需要確保建筑的適用、安全、美觀、經(jīng)濟(jì)及在施工過程中需要確保施工的便捷性。這五個(gè)方面在建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中各有所重，并且之間存在著矛盾，一個(gè)優(yōu)秀的設(shè)計(jì)方案應(yīng)當(dāng)是在五個(gè)方面的最佳結(jié)合，只有在實(shí)踐中不斷的探索，對建筑的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化，能夠有效的提升建筑的設(shè)計(jì)水準(zhǔn)和施工的質(zhì)量，這對促進(jìn)我國建筑事業(yè)的發(fā)展有很大的促進(jìn)作用。

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