淺談建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的優(yōu)化策略

董麗慧

摘 要：近些年，隨著大家收入水平的不斷提升，對(duì)生活品質(zhì)和居住環(huán)境的要求越來(lái)越高，而市場(chǎng)原材料價(jià)格及人工成本一直在漲，開(kāi)發(fā)商利潤(rùn)越來(lái)越薄。開(kāi)發(fā)商若想一味迎合人們對(duì)房屋的胃口，通過(guò)增加建設(shè)資金的投入是最直接的辦法，然而這樣會(huì)導(dǎo)致地產(chǎn)公司無(wú)法獲取更高的利潤(rùn)，甚至影響整個(gè)公司的資金鏈運(yùn)作。因此選擇通過(guò)優(yōu)化技術(shù)來(lái)降低建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的成本，達(dá)到提高經(jīng)濟(jì)效益的目的。文章就目前我國(guó)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在的不足進(jìn)行分析，并提出合理化的解決方案。

關(guān)鍵詞：建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；優(yōu)化策略；分析

1 前言

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在施工建筑中所起到的重要作用是不言而喻的，但是隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的不斷發(fā)展壯大，傳統(tǒng)的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)已經(jīng)很難適應(yīng)時(shí)代社會(huì)發(fā)展的需要。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的不合理性將對(duì)整個(gè)建筑質(zhì)量有著直接的影響，所以作為建筑施工人員必須加強(qiáng)對(duì)這方面的重視，要不斷提升自身對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的認(rèn)識(shí)與理解，不斷融入其新的創(chuàng)作理念并加以完善，這樣才能更好地指導(dǎo)于建筑施工作業(yè)，保證質(zhì)量，進(jìn)一步推動(dòng)我國(guó)建筑行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展建設(shè)。

2 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化概述

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化作業(yè)從某種意義上來(lái)講是一項(xiàng)專(zhuān)業(yè)性比較強(qiáng)的作業(yè)，它不僅僅要能夠真實(shí)體現(xiàn)出建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的可操作性，還要能夠?qū)φ麄€(gè)建筑施工作業(yè)進(jìn)行全面的評(píng)估。優(yōu)化主要體現(xiàn)在對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)以及成本、圖紙規(guī)劃方案、戶(hù)型設(shè)計(jì)、建筑風(fēng)格等方面的優(yōu)化。這就要求建筑施工設(shè)計(jì)人員要能夠明確每一個(gè)階段對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化目標(biāo)，從而減少成本的使用，合理的建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化不僅僅可以大大提高工作效率，還能在很大程度上保證質(zhì)量，延長(zhǎng)建筑結(jié)構(gòu)的使用壽命。在當(dāng)前我國(guó)大力提倡市場(chǎng)效益最大化的前提下，建筑行業(yè)要想在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中獲得較好的發(fā)展，就必須在施工作業(yè)前了解房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要性。良好的建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化對(duì)于整個(gè)建筑施工材料的有效發(fā)揮有著積極的重要作用。同時(shí)合理的設(shè)計(jì)優(yōu)化還能改善人們的居住環(huán)境，提升生活質(zhì)量的舒適度。此外，還能減少資金的使用，最重要的是優(yōu)化設(shè)計(jì)是為了更好地的適應(yīng)時(shí)代社會(huì)發(fā)展的需要。

3 建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法

3.1 分析建筑結(jié)構(gòu)

結(jié)構(gòu)分析是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容之一，主要是計(jì)算出結(jié)構(gòu)在各種作用下的效應(yīng)。在實(shí)施過(guò)程中，還應(yīng)該按照一切從實(shí)際出發(fā)的原則，結(jié)合具體工程的實(shí)際情況，圍繞以建筑的綜合經(jīng)濟(jì)效益為目標(biāo)進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。進(jìn)行結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)在滿足建筑設(shè)計(jì)意圖后，盡量使平面布置規(guī)則，縮小剛度和質(zhì)量中心的差異，這樣水平荷載就不會(huì)使建筑物有太大的扭轉(zhuǎn)作用。豎直方向上應(yīng)避開(kāi)使用轉(zhuǎn)換，使力的傳遞更直接高效，減少應(yīng)力集中現(xiàn)象。

3.2 計(jì)算模型

計(jì)算模型的確定是結(jié)構(gòu)分析的核心環(huán)節(jié)，它不但包括合理選擇計(jì)算簡(jiǎn)圖和計(jì)算理論，還有荷載的確定與參數(shù)的選定，這是結(jié)構(gòu)分析與優(yōu)化的重點(diǎn)和難點(diǎn)。設(shè)計(jì)師在繪制施工圖時(shí)，會(huì)以此為依據(jù)。在優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程中，梁柱重疊區(qū)域是否定義為剛域；連梁剛度折減系數(shù)；梁扭矩折減系數(shù)；梁彎矩放大系數(shù)；連梁剛度折減系數(shù)；柱、墻及基礎(chǔ)是否考慮了活荷載的折減等諸類(lèi)參數(shù)的選定對(duì)整個(gè)項(xiàng)目的計(jì)算結(jié)構(gòu)有著很大的影響。為了項(xiàng)目有更好的經(jīng)濟(jì)效益，設(shè)計(jì)院、甲方相關(guān)技術(shù)人員、圖審專(zhuān)家可以就此事提前介入討論，明確一個(gè)合理的思路，為日后施工圖設(shè)計(jì)提供一個(gè)明確的方向，既避免了設(shè)計(jì)的反復(fù)，也給開(kāi)發(fā)商帶來(lái)了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

4 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的優(yōu)化策略

4.1 對(duì)建筑總體設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化

某些地區(qū)在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的同時(shí)必須考慮到地域問(wèn)題，自然環(huán)境的外在因素也是影響建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案優(yōu)化的主要因素。有些地區(qū)夏季高溫多雨，冬季又溫和少雨，而且在整體設(shè)計(jì)過(guò)程中還要考慮到每棟建筑樓房之間的距離。不易太近也不易太遠(yuǎn)這樣都會(huì)影響到建筑結(jié)構(gòu)的使用，而且會(huì)浪費(fèi)整體的建筑結(jié)構(gòu)資源，所以作為建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)者要從大局出發(fā)，掌握好主體設(shè)計(jì)方向，這樣才能設(shè)計(jì)出符合實(shí)際發(fā)展需要的樓房。

4.2 對(duì)建筑平面設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化

建筑的平面設(shè)計(jì)方案不同，建筑的合理使用性以及建筑成本的需求量也會(huì)不同。因此在多個(gè)建筑平面設(shè)計(jì)方案中選擇最優(yōu)設(shè)計(jì)方案非常重要，要確定建筑的平面布局、柱網(wǎng)間距到樓層數(shù)、層高、建筑物的高度和房屋的基本類(lèi)型等，同時(shí)房屋開(kāi)間大小和進(jìn)深也會(huì)對(duì)設(shè)計(jì)方案產(chǎn)生影響。如果建筑房屋的性能相同，一般設(shè)計(jì)方案和最優(yōu)設(shè)計(jì)方案的就會(huì)成本不同，因此在優(yōu)化設(shè)計(jì)方案時(shí)要根據(jù)具體情況選擇側(cè)重點(diǎn)。

4.3 對(duì)基礎(chǔ)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)在整個(gè)工程工期中大概有20%～35%，并且基礎(chǔ)造價(jià)也占到總工程造價(jià)的10%-40%，所以基礎(chǔ)工程結(jié)構(gòu)的重要性也是顯而易見(jiàn)的。而且基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)工程的造價(jià)還與地質(zhì)條件是密切相關(guān)的，設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)地質(zhì)勘探報(bào)告要求也是極高，選擇合理的基礎(chǔ)形式、控制好基礎(chǔ)的截面尺寸和埋深，能相對(duì)減少基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)在工程總體造價(jià)中的費(fèi)用。

4.4 注重結(jié)構(gòu)的細(xì)部?jī)?yōu)化

在建筑施工作業(yè)中不免會(huì)因施工內(nèi)部細(xì)節(jié)處設(shè)計(jì)的不合理性而影響建筑施工作業(yè)質(zhì)量。從某種角度來(lái)講，細(xì)節(jié)將決定于整個(gè)建筑施工質(zhì)量的好壞。尤其是針對(duì)施工作業(yè)中拐角處的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，因拐角處的施工難度系數(shù)相對(duì)比較大，所采用的建筑材料也比較特殊，為保證質(zhì)量就需要選擇較好的施工作業(yè)材料及優(yōu)化內(nèi)部的細(xì)節(jié)來(lái)滿足其質(zhì)量要求。

4.5 在建筑材料的選擇上進(jìn)行優(yōu)化

市場(chǎng)上出現(xiàn)了較多的綠色環(huán)保材料，這對(duì)于建筑施工作業(yè)而言是一種機(jī)遇，對(duì)于設(shè)計(jì)師而言也是一種挑戰(zhàn)。設(shè)計(jì)師在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)就不得不改變?cè)械脑O(shè)計(jì)思路，將新材料的使用運(yùn)用到建筑施工作業(yè)中，從而減少對(duì)環(huán)境的破壞，利于建筑材料的合理使用。

4.6 對(duì)選擇的結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行合理的優(yōu)化

建筑結(jié)構(gòu)體系的選擇，對(duì)項(xiàng)目建設(shè)有著重大的影響。在進(jìn)行結(jié)構(gòu)選型時(shí)，要對(duì)于整體建筑結(jié)構(gòu)的用途、高度、功能、周邊環(huán)境、抗震性等多方面因素進(jìn)行合理的把握，因地制宜地選擇合理的結(jié)構(gòu)體系，較為常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)類(lèi)型有如下三種：

（1） 剪力墻結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)形式常見(jiàn)于高層住宅建筑，這種結(jié)構(gòu)形式相比短肢剪力墻的抗震級(jí)別要高，軸壓比也有優(yōu)勢(shì)，比短肢墻構(gòu)造鋼筋使用量要省。（2） 框架結(jié)構(gòu)，具有大開(kāi)間、布局靈活性強(qiáng)和工期短、主體造價(jià)成本上的優(yōu)勢(shì)。（3） 框架一剪力墻結(jié)構(gòu)，即在框架結(jié)構(gòu)中合理進(jìn)行一定數(shù)量剪力墻的布置，這種結(jié)構(gòu)合理，適用能力強(qiáng)，而且能夠應(yīng)對(duì)各種不同的變形壓力，是一種抗側(cè)力較好的結(jié)構(gòu)。

這三種結(jié)構(gòu)體系各具優(yōu)缺點(diǎn)，在選擇結(jié)構(gòu)體系的時(shí)候，不能片面認(rèn)為造價(jià)最低的方案就是最科學(xué)合理的方案，而是我們必須結(jié)合建筑使用上的功能需求，以及甲方的投資預(yù)算和施工技術(shù)等多方面條件進(jìn)行結(jié)構(gòu)體系的綜合比較與分析，將投資與收益相平衡，根據(jù)工程的客觀實(shí)際情況選擇最為合適的結(jié)構(gòu)體系。

4.7 結(jié)構(gòu)構(gòu)件配筋計(jì)算的優(yōu)化設(shè)計(jì)

在計(jì)算建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件尺寸及配筋的過(guò)程中，需要反復(fù)試算結(jié)構(gòu)構(gòu)件尺寸，從中得出較為經(jīng)濟(jì)且合理的計(jì)算結(jié)果。計(jì)算結(jié)果應(yīng)滿足兩個(gè)重要的指標(biāo)：（1）計(jì)算結(jié)果應(yīng)首先保證結(jié)構(gòu)的安全，這是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的根本。（2）在滿足安全的前提下，使配筋量大致控制在結(jié)構(gòu)計(jì)算配筋的范圍內(nèi)，使得結(jié)構(gòu)構(gòu)件中的鋼筋量有效地發(fā)揮其受力作用。

5 結(jié)語(yǔ)

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化不僅能提高建筑物的功能性和安全性，而且還可以給開(kāi)發(fā)商帶來(lái)可觀的經(jīng)濟(jì)效益。因此，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員應(yīng)該在設(shè)計(jì)中，充分的應(yīng)用優(yōu)化技術(shù)，選擇合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，降低工程的綜合造價(jià)成本。

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