房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法的應(yīng)用

段麗萍

（天津大成國際工程有限公司寧夏分公司，寧夏 銀川 750000）

在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中，設(shè)計人員要積極應(yīng)用各種先進的技術(shù)方法，對設(shè)計方案不斷進行優(yōu)化改進。既要嚴(yán)格遵守相關(guān)的設(shè)計規(guī)范，合理選擇結(jié)構(gòu)型式和布局安排，提高建筑基礎(chǔ)以及地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計的科學(xué)性，準(zhǔn)確確定相關(guān)的設(shè)計參數(shù)。

1 房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法的應(yīng)用

1.1 提高結(jié)構(gòu)設(shè)計安全性

設(shè)計人員應(yīng)當(dāng)以安全意識作為設(shè)計工作的主要方向，提高設(shè)計方案的合理性，對結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化。建筑施工當(dāng)中，鋼筋混凝土作為主要材料之一，在設(shè)計當(dāng)中，應(yīng)當(dāng)加強對于各種受力結(jié)構(gòu)的控制，比如預(yù)應(yīng)力、裂縫控制力等，加強結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計，有效發(fā)揮鋼筋混凝土的性能優(yōu)勢，從而保證工程質(zhì)量。鋼結(jié)構(gòu)是目前土木工程建筑結(jié)構(gòu)的主要形式之一，在設(shè)計工作當(dāng)中，應(yīng)當(dāng)充分考慮鋼材的材質(zhì)和性能，并根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)所布置的位置，對其結(jié)構(gòu)進行十字形或H 型調(diào)整，從而提高結(jié)構(gòu)的針對性。

1.2 優(yōu)化基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計

基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計是建筑設(shè)計中的重點內(nèi)容。設(shè)計人員可以通過優(yōu)化技術(shù)的應(yīng)用來合理選擇建筑的具體基礎(chǔ)型式。目前在建筑中主要有預(yù)制樁以及灌注樁這兩大類樁基礎(chǔ)型式，在設(shè)計中要對建筑上部結(jié)構(gòu)的重量以及地基的承載能力等進行準(zhǔn)確的計算分析，并選擇相應(yīng)的樁型結(jié)構(gòu)。在確定好樁基礎(chǔ)類型后，設(shè)計人員還應(yīng)對根據(jù)土體的承載性能等來設(shè)定單樁的尺寸規(guī)格、布樁密度等，并優(yōu)化樁身的強度以及端部的載荷性能，并確保樁基礎(chǔ)的受力均勻一致，從而實現(xiàn)提高樁基礎(chǔ)整體受力性能的設(shè)計目的。

1.3 優(yōu)化結(jié)構(gòu)布局設(shè)計

在建筑結(jié)構(gòu)布局設(shè)計中，設(shè)計人員要積極應(yīng)用優(yōu)化技術(shù)，首先對建筑的主體結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，然后還要注重細(xì)部結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計，從而全面提高建筑造型的美觀性以及結(jié)構(gòu)布局的合理性。在設(shè)置結(jié)構(gòu)構(gòu)件時，要與平面的整體布局相協(xié)調(diào)，并根據(jù)其平面的設(shè)計功能來確定墻柱構(gòu)件的布設(shè)位置。在結(jié)構(gòu)布局設(shè)計中應(yīng)首先提高結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性，在此基礎(chǔ)上可以將剪力墻和結(jié)構(gòu)柱的截面面積減小，并根據(jù)建筑墻體的寬度來這只結(jié)構(gòu)量。如果在結(jié)構(gòu)設(shè)計中需要將結(jié)構(gòu)梁加寬的，設(shè)計人員可以采取偏心向房屋的廚衛(wèi)空間等次要空間的方式來進行處理設(shè)計。而在設(shè)計建筑的樓梯時，由于應(yīng)力主要集中于轉(zhuǎn)角位置，因此應(yīng)采用強度較高的建筑材料來進行承重構(gòu)件的設(shè)計。同時，在設(shè)計電梯房時，由于其需要進行多種構(gòu)件的預(yù)埋，且需要進行大量孔洞的預(yù)留設(shè)置，因此在設(shè)計中既要嚴(yán)格按照設(shè)計規(guī)范來確定孔洞的預(yù)留深度以及直徑等參數(shù)，同時要對樓板穿孔處進行加固，而且要盡可能避免梁柱被管道貫穿。此外隨著人們對建筑美觀性要求的不斷提高，設(shè)計人員應(yīng)注意盡量不采取將梁設(shè)置在建筑的廳堂頂部的設(shè)計方案，如果受客觀條件限制必須將梁設(shè)置在廳堂時，則應(yīng)采取降低梁高等方式來進行優(yōu)化處理。

2 案例分析

2.1 復(fù)旦大學(xué)正大體育館

復(fù)旦大學(xué)正大體育館位于復(fù)旦大學(xué)南區(qū)體育中心內(nèi)，是復(fù)旦大學(xué)百年校慶主會場，也是復(fù)旦大學(xué)建校100 周年的重點工程。體育館的主要設(shè)計理念為“海面上冉冉升起的太陽”，寓意著日日向上的復(fù)旦精神。體育館采用鋼桁架-索-拱雜交體系。屋蓋主體結(jié)構(gòu)采用脊桁架+縱向桁架，次結(jié)構(gòu)采用拉索和飛拱結(jié)構(gòu)。屋蓋上空與水平面呈76°斜置的鋼拱跨越整個結(jié)構(gòu)，大拱跨度為100m，象征復(fù)旦大學(xué)百年歷史。建筑造型要求上部斜拱盡可能纖細(xì)，結(jié)構(gòu)設(shè)計時讓斜拱承擔(dān)屋蓋20%的豎向力，屋蓋結(jié)構(gòu)承擔(dān)80%的豎向力。結(jié)構(gòu)構(gòu)件需要通過合理的布置達(dá)到受力合理的要求，體現(xiàn)力與美的結(jié)合。復(fù)旦大學(xué)正大體育館采用拱結(jié)構(gòu)承擔(dān)部分屋面荷載，拱截面比較纖細(xì)，滿足建筑造型的需要。屋蓋吊索形成琴弦式扇形布置，展現(xiàn)出力與形的輕柔之美。弧形桁架以及次鋼管拱作為膜的支架，上覆白色具有較高透光率的PTET 膜材。白天，室外光線透過玻璃纖維膜進入室內(nèi)，整個場館被一種柔和、均勻的光線包圍，通透而又舒適;夜晚，室內(nèi)的燈光透過屋頂漫射在夜空中，遠(yuǎn)遠(yuǎn)望去像一個冉冉升起的太陽。

2.2 濟寧游泳館

濟寧游泳館地上4 層，地下1 層，結(jié)構(gòu)總高度為23m。屋蓋主體呈現(xiàn)連續(xù)折板形態(tài)，以縱向中軸對稱。屋蓋縱向長度195m，橫向最大寬度102m。側(cè)部六邊形蜂窩立面采用方鋼管網(wǎng)格結(jié)構(gòu)下包至室外地面，承受豎向及水平荷載，并與屋蓋主結(jié)構(gòu)連為整體，使建筑造型直接表現(xiàn)于結(jié)構(gòu)形式。濟寧游泳館屋蓋結(jié)構(gòu)的突出特點在于采用“上部主梁分叉形、下部拉索分叉形”的雙Y 形張弦梁作為中央屋蓋的布置方案。此方案在合理控制跨中撓度的前提下，有效減少了用鋼量；且自重和拉索預(yù)應(yīng)力下的反拱值較為合理。此外，游泳館墻面蜂窩剛架結(jié)構(gòu)在滿足建筑造型的同時，也為屋面張弦梁的延伸段提供了立面支撐，改善了結(jié)構(gòu)剛度，增強了自身的面外穩(wěn)定性，使結(jié)構(gòu)設(shè)計與建筑設(shè)計完美契合。

3 結(jié)語

在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，通過優(yōu)化技術(shù)應(yīng)用不僅能夠有效提高結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性和準(zhǔn)確性，為后續(xù)的施工建設(shè)奠定良好的基礎(chǔ)，并為建筑結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)固提供更加可靠的保障；同時也能夠降低建筑的施工成本，改善建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的經(jīng)濟性，從而為工程項目創(chuàng)造更大的經(jīng)濟價值。因此結(jié)構(gòu)設(shè)計人員應(yīng)加強對各種優(yōu)化技術(shù)的學(xué)習(xí)，并熟練掌握計算機等先進的網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)，不斷提高設(shè)計水平和質(zhì)量，推動我國建筑行業(yè)的現(xiàn)代化發(fā)展。