建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)探析

潘曉康

（廣東中山建筑設(shè)計(jì)院股份有限公司，廣東 中山 528400）

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)遵循適用、安全、經(jīng)濟(jì)、美觀和施工便捷的原則，最大限度的實(shí)現(xiàn)五個(gè)方面的完美結(jié)合，尋找出最佳的設(shè)計(jì)方案。為了滿足建筑的各個(gè)要求，在堅(jiān)持安全、美觀和經(jīng)濟(jì)適用的原則的基礎(chǔ)上，發(fā)揮最大的潛力對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，在保證建筑使用功能和美觀功能的基礎(chǔ)上，最大發(fā)揮建筑的整體性能。

1 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的概述

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化，就是通過(guò)科學(xué)的計(jì)算方法和優(yōu)化措施，對(duì)實(shí)際工程中的建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面的研究，使建筑的總體結(jié)構(gòu)以及建筑各個(gè)分部銜接得到完善以及優(yōu)化。通過(guò)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)不僅能夠提高結(jié)構(gòu)的安全性，同時(shí)能夠把社會(huì)中所具有的價(jià)值學(xué)以及審美學(xué)完美的結(jié)合起來(lái)，從而提高結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的水平，促進(jìn)建筑設(shè)計(jì)應(yīng)用的整體性協(xié)調(diào)發(fā)展。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的主要目的是使建筑的設(shè)計(jì)方案更加科學(xué)合理。

2 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化措施

2.1 控制結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性

如今，在建設(shè)資源節(jié)約型社會(huì)的新形勢(shì)下，建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)效益已與質(zhì)量效益有機(jī)聯(lián)系在一起。建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化在設(shè)計(jì)中，既要統(tǒng)籌質(zhì)量與安全性能，也要有的放矢地控制建設(shè)成本，最大限度地降低資金投入。

2.2 體現(xiàn)綠色設(shè)計(jì)內(nèi)涵，滿足環(huán)保理念

近年來(lái)，國(guó)家大力倡導(dǎo)在每一個(gè)行業(yè)內(nèi)普及節(jié)能、環(huán)保理念，同時(shí)也依照各行業(yè)發(fā)展的現(xiàn)實(shí)狀況，分別出臺(tái)、制定了多種建筑節(jié)能政策及規(guī)程。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化環(huán)節(jié)，可采用節(jié)能的原材料，從建筑結(jié)構(gòu)的整體框架統(tǒng)籌規(guī)劃、宏觀布局，彰顯其環(huán)保成效，最為典型的措施包括給排水硬件設(shè)備的優(yōu)化以及門(mén)窗材料的環(huán)保化等。在這期間，也不可避免地產(chǎn)生施工廢料及垃圾，需運(yùn)用最為綠色、環(huán)保的方式加以處置，減少對(duì)環(huán)境的“二次污染”，盡量循環(huán)利用。

2.3 滿足結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的功能需求

從本質(zhì)上看，建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)是為業(yè)主提供最優(yōu)質(zhì)、最舒適的生活環(huán)境條件。伴隨社會(huì)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)、快速發(fā)展，人們消費(fèi)水平日益提高，群眾對(duì)于建筑設(shè)施的功能需求也與時(shí)俱進(jìn)。為此，追求建筑設(shè)施的和諧美觀、高效實(shí)用無(wú)疑是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的一大要求。

2.4 將各種安全要素考慮周全

建筑結(jié)構(gòu)在優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，一個(gè)最起碼的要求便是安全性。倘若只在結(jié)構(gòu)的功能性、經(jīng)濟(jì)性等方面狠抓嚴(yán)控，但忽略或降低了建筑結(jié)構(gòu)的整體安全性能，那么這樣的設(shè)計(jì)也是片面無(wú)效的，甚至還有可能前功盡棄。基于此，要將各項(xiàng)安全要素考慮在內(nèi)，同時(shí)嚴(yán)格把控好建筑結(jié)構(gòu)的質(zhì)量關(guān)和安全關(guān)。

2.5 遵循整體與部分相統(tǒng)一的原則

在對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的過(guò)程中，首先要將建筑的整體性和部分結(jié)構(gòu)進(jìn)行統(tǒng)一，提高建筑所呈現(xiàn)的整體性以及合理性，讓整個(gè)建筑看起來(lái)比較協(xié)調(diào)。其次是提升房建筑工程的合理性，在優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)時(shí)，努力調(diào)節(jié)建筑的整體與結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系，通過(guò)協(xié)調(diào)手段來(lái)提升建筑的外部美觀性，對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)，要保證整體效果得到優(yōu)化協(xié)調(diào)必須遵循簡(jiǎn)潔的原則。同時(shí)，在進(jìn)行整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過(guò)程當(dāng)中，要保證建筑工程整體的優(yōu)化協(xié)調(diào)，防止出現(xiàn)出現(xiàn)墻柱的錯(cuò)位問(wèn)題，在優(yōu)化結(jié)構(gòu)過(guò)程中盡要可能應(yīng)用幾何結(jié)構(gòu)，有利于增強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

2.6 注重建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型的構(gòu)建

在制定模型時(shí)，特別是在對(duì)不同變量的選擇方面，需要充分考慮影響建筑結(jié)構(gòu)的所有因素。對(duì)于影響范圍不是很大甚至是較為單一的因素，需要借助預(yù)定式參數(shù)表示方法來(lái)體現(xiàn)，使其能夠更好地在優(yōu)化模型中反映出來(lái)，這樣就能夠起到減少計(jì)算數(shù)量以及設(shè)計(jì)數(shù)量的目的，同時(shí)還能夠減少編程基本工作量，從而提升工作效率，起到優(yōu)化模型的作用。

2.7 做好建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)荷載取值

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的荷載取值需要使用概率統(tǒng)計(jì)法。設(shè)計(jì)過(guò)程中，需先創(chuàng)建一個(gè)概率模型，在進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析時(shí)，應(yīng)注重統(tǒng)計(jì)參數(shù)的確定，這是因?yàn)檫@一參數(shù)是荷載取值的關(guān)鍵，它會(huì)隨著荷載變化出現(xiàn)改變。通過(guò)對(duì)荷載的分類(lèi)可知，除永久荷載外的所有荷載均具有可變動(dòng)性，因此，從理論分析的角度講，需要使用隨機(jī)過(guò)程模型，為進(jìn)一步方便統(tǒng)計(jì)與調(diào)查，通常會(huì)采取極值統(tǒng)計(jì)法等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析，取值過(guò)程中，應(yīng)考慮各個(gè)房間中的家具重量。以建筑總面積為依據(jù)，算出單位面積條件下的家具、人員以及各類(lèi)物品的重量，并結(jié)合臨時(shí)性等要求來(lái)組合，以此算出房間活載在單位面積條件下的家具、人員與物品重量。然后，根據(jù)這一結(jié)果劃分功能，使用直方圖對(duì)分布進(jìn)行假定，使用X2 等方法進(jìn)行檢驗(yàn)。比如，模板支架立桿，其承載能力可使用以下公式計(jì)算：

公式（1） 中，W代表立管的截面模量，荷載的計(jì)算公式為：

公式（2） 中，Mwk代表荷載使立桿產(chǎn)生的彎矩；ω1代表風(fēng)壓值（單位：kN/m3）；la代表模板支架立桿縱距；h代表模板支架立桿步距。通過(guò)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范與當(dāng)?shù)仄骄L(fēng)壓的分析，ω1取0.25kN/m3。經(jīng)過(guò)一系列計(jì)算得出各種條件下的統(tǒng)計(jì)參數(shù)，同時(shí)得出標(biāo)準(zhǔn)值，然后再根據(jù)對(duì)比分析的結(jié)果得出實(shí)際荷載值。

3 結(jié)語(yǔ)

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化是一個(gè)涉及到各種因素的決策過(guò)程，也是一個(gè)綜合性很強(qiáng)的技術(shù)篩選過(guò)程。耐用、實(shí)惠、舒適、美觀和安全，是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要目標(biāo)；這些重要價(jià)值是相互聯(lián)系、相輔相成的，而不應(yīng)當(dāng)是彼此矛盾的。設(shè)計(jì)者應(yīng)當(dāng)綜合考慮建筑工程的各種性能，選擇最有助于實(shí)現(xiàn)建筑工程綜合效益的設(shè)計(jì)方案。設(shè)計(jì)者要在遵守設(shè)計(jì)基本原則的基礎(chǔ)上，大膽探索新的設(shè)計(jì)途徑，應(yīng)用新的設(shè)計(jì)技術(shù)，更好地提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的質(zhì)量。