房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中優(yōu)化設(shè)計方法的應(yīng)用分析

張 學(xué) 兵

(大同市華岳建筑設(shè)計有限責(zé)任公司，山西 大同 037005)

0 引言

隨著社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人們對居住環(huán)境的要求越來越高，住房供不應(yīng)求，因此國家對住房建設(shè)不斷加大投資。建筑設(shè)計決定著建筑的整體美觀性和舒適性，建筑結(jié)構(gòu)決定著建筑的整體安全性、性能使用完善性。所以房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)該在高度、剛度、設(shè)計要點等細(xì)節(jié)方面進(jìn)行科學(xué)合理化的把控，在保證結(jié)構(gòu)的功能性以及安全耐久性的同時最大程度上做到減少用地面積，追求房屋建筑的經(jīng)濟(jì)性。隨著計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，在計算機(jī)的輔助作用下，實現(xiàn)把工程設(shè)計問題轉(zhuǎn)向為數(shù)學(xué)計算問題，也不失為一種優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計的方法。

1 我國房屋建筑業(yè)及房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的發(fā)展現(xiàn)狀

由于我國的特殊情況，在改革開放后，房屋建筑行業(yè)在最近幾年呈現(xiàn)噴氣式發(fā)展，房屋的建設(shè)呈現(xiàn)過快的趨勢，使得房屋的建造技術(shù)與思想發(fā)展不平衡，出現(xiàn)很多建筑結(jié)構(gòu)上的問題，但由于國家對于建筑行業(yè)的扶持，建筑行業(yè)發(fā)展靠外力的成分過多，導(dǎo)致房屋建筑行業(yè)的結(jié)構(gòu)問題沒有得到很好的反思和改善。隨著時間的推移，人們越來越認(rèn)識到這個問題，對于房屋結(jié)構(gòu)中設(shè)計的缺陷所導(dǎo)致的質(zhì)量問題需要迫切改善。所以在技術(shù)高速發(fā)展的今天也要關(guān)注到建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計。

2 目前房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中出現(xiàn)的問題

2.1 房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計與實際施工相脫節(jié)

對房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計不重視，在設(shè)計時偏向于以往的設(shè)計方法，不尋求突破，導(dǎo)致房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計不符合要求。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計圖紙存在多方面的問題，不規(guī)范的大量設(shè)計環(huán)節(jié)，不標(biāo)準(zhǔn)的圖集，在一些設(shè)計圖紙中相對于地上、地下結(jié)構(gòu)標(biāo)高、層高、梁柱編號等高層信息并沒有給予一定說明，導(dǎo)致現(xiàn)場施工沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，靠自己的經(jīng)驗來施工，使得設(shè)計圖紙失去意義。施工無法完全體現(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計的要求，最后導(dǎo)致整個房屋建筑結(jié)構(gòu)領(lǐng)域不理想。

2.2 房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計圖紙中對布局分布不合理

房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計內(nèi)容包括地下部分設(shè)計和地上部分設(shè)計，在設(shè)計時對于結(jié)構(gòu)布局影響因素較多，所以有時會出現(xiàn)房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計不規(guī)范的現(xiàn)象，究其原因主要是設(shè)計人員的專業(yè)能力不足，對房屋建筑條件的分析不夠透徹，因此在對房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時要遵守規(guī)范，要做到嚴(yán)謹(jǐn)性。

3 房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中優(yōu)化設(shè)計方法具體分析

3.1 優(yōu)化房屋建筑的整體性與局部性

建筑設(shè)計具有一定的層次性和復(fù)雜性。整體設(shè)計體系、結(jié)構(gòu)相關(guān)體系、安裝體系組成了整個建筑設(shè)計。每個體系之間又互相聯(lián)系著，它們都有許多復(fù)雜的分支，在對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化時，要對每個分支進(jìn)行考慮和優(yōu)化，組成一定的系統(tǒng)。而復(fù)雜性，主要體現(xiàn)在建筑結(jié)構(gòu)和各種建筑零部件方面，內(nèi)容較多，比較繁瑣，因此在對其進(jìn)行優(yōu)化時，要從整體到局部，形成一個有條理的系統(tǒng)，否則很難對全部結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。

3.2 對建筑壽命和階段性進(jìn)行優(yōu)化

每個建筑都有壽命周期，在建筑物交工使用后，每個階段其耗損速度不同，因此要在使用年限內(nèi)，對每一個階段要進(jìn)行評估，做好結(jié)構(gòu)優(yōu)化，雖然這個過程比較繁雜，但對整個建筑的經(jīng)濟(jì)效益有很好的保障，不僅保證了建筑物的質(zhì)量，而且有利于優(yōu)化整個建筑物的使用壽命。

3.3 對建筑的基礎(chǔ)進(jìn)行優(yōu)化

建筑一般有以下幾種基礎(chǔ)形式，獨立基礎(chǔ)、條形基礎(chǔ)、平板式筏板基礎(chǔ)和梁板式筏板基礎(chǔ)等。建筑結(jié)構(gòu)采用無筋或配筋的整體基礎(chǔ)形式叫獨立基礎(chǔ)，截面形式有錐形、階梯形等，適用于建筑項目所在地區(qū)地質(zhì)較好的情況和多層框架結(jié)構(gòu)；條形基礎(chǔ)指的是若干柱子沿著一條線排列而形成整體的形式。它的剛性比較好，但需要良好的地質(zhì)情況，否則容易產(chǎn)生不均勻沉降。當(dāng)?shù)刭|(zhì)情況較差，建筑物比較龐大，荷載比較大時，可以采用板式基礎(chǔ)，它能夠很好的改善地基不均勻沉降的情況。因此在選擇基礎(chǔ)類型時，要根據(jù)實際地質(zhì)情況和設(shè)計要求選擇相應(yīng)的基礎(chǔ)類型，以保證建筑物的整體質(zhì)量和安全。

3.4 優(yōu)化建筑主體上部結(jié)構(gòu)

上部結(jié)構(gòu)指的是建筑項目基礎(chǔ)以上的部分。包括墻體結(jié)構(gòu)、梁板結(jié)構(gòu)、建筑材料，管道設(shè)計等。在對上部結(jié)構(gòu)優(yōu)化時，首先要考慮布置剪力墻。對于底層的建筑，墻體可以采用框架結(jié)構(gòu)，通過增加剪力墻的方式,來使高層建筑物的剛度和強(qiáng)度滿足建筑的抗震要求，要盡可能地對剪力墻進(jìn)行大開間的構(gòu)造，對墻肢長度進(jìn)行加長，這樣不僅可以減少墻肢的數(shù)量，還可以降低混凝土的使用。對于6層以下的建筑，應(yīng)該采用混合結(jié)構(gòu)，從而達(dá)到減少使用鋼筋混凝土，降低工程造價。通過新興技術(shù)，降低墻體的重量，比如采用墻體加氣塊建筑技術(shù)，減少實心磚的使用，從而降低梁板和基礎(chǔ)的荷載，減少建筑材料的使用，達(dá)到降低工程造價的目的。在建筑結(jié)構(gòu)部件上選擇合適的尺寸，比如在科學(xué)合理的選擇建筑物內(nèi)部、外部的柱、梁截面尺寸，在精確計算各個部件的尺寸后，在符合規(guī)定的同時，采用最小的尺寸，既能滿足建筑結(jié)構(gòu)的需要，又降低了工程造價。

3.5 結(jié)構(gòu)優(yōu)化與建筑優(yōu)化保持協(xié)調(diào)

建筑整體造型是人們直觀的感受，建筑結(jié)構(gòu)給人帶來內(nèi)部的舒適感。兩者都很重要。因此建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化應(yīng)與建筑優(yōu)化保持協(xié)調(diào)，即結(jié)構(gòu)設(shè)計要與建筑的外觀和平面布置相協(xié)調(diào)。結(jié)構(gòu)設(shè)計要保證建筑外觀的簡潔和美觀。首先墻體與支柱不能有錯位的現(xiàn)象，在某些轉(zhuǎn)角處，荷載比較大，要選擇高強(qiáng)度的建筑材料來承重。對于建筑的整體來說，要做到重心、剛心、質(zhì)心三者正確交疊，不能出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。

3.6 結(jié)構(gòu)優(yōu)化與排水系統(tǒng)優(yōu)化保持協(xié)調(diào)

在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中的一大重點就是排水系統(tǒng)的設(shè)置，它是不可缺少的部分。排水系統(tǒng)中涉及到的機(jī)械設(shè)備很多，其中不乏荷載能力、荷載強(qiáng)度較大，最好的辦法是將其放置在地下室，而且要注意到實際尺寸與預(yù)留的埋設(shè)深度要符合相關(guān)規(guī)定。管道在鋪設(shè)過程中，可能會出現(xiàn)貫穿柱或梁的情況，設(shè)計人員要盡可能減少這種情況的發(fā)生。如果發(fā)生管道穿越承重墻的情況，必須對承重墻進(jìn)行加固。總的來說，要保證結(jié)構(gòu)優(yōu)化與排水系統(tǒng)優(yōu)化保持協(xié)調(diào)，減少管道穿梁、繞柱現(xiàn)象。

3.7 結(jié)構(gòu)優(yōu)化與電氣優(yōu)化保持協(xié)調(diào)

通常電氣管線安裝在墻體和樓板的位置。在這種情況下，安裝電氣管線可能會比較困難，有時候電氣管線可能要穿過梁，那么就需要在梁體上面打洞，讓電氣管線穿越。而且在結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)該盡量保證梁體與墻體的寬度相等，如果不相等，需保證它們一面對齊，使電氣管線不漏在外面，保證美觀和安全性。建筑構(gòu)件較多的部位是在電梯間，因此要對電梯部分進(jìn)行重點設(shè)計，保證管線和結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性。

4 結(jié)語

房屋建筑結(jié)構(gòu)計面臨嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，建筑結(jié)構(gòu)需要在高度、剛度、設(shè)計要點等細(xì)節(jié)方面進(jìn)行科學(xué)合理化的把控，保證搭建優(yōu)化的高層建筑結(jié)構(gòu)。為了設(shè)計出高質(zhì)量、高水平的建筑結(jié)構(gòu)，然后針對具體問題進(jìn)行優(yōu)化。在建筑材料上選擇符合設(shè)計要求的，在基礎(chǔ)設(shè)計和上部結(jié)構(gòu)設(shè)計，選擇最優(yōu)的方案，合理布置管線，不僅保證良好的房屋建筑結(jié)構(gòu)質(zhì)量，而且實現(xiàn)美觀建筑形態(tài)，促進(jìn)房屋建筑的蓬勃發(fā)展。