淺談建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法及其應(yīng)用

摘要：隨著經(jīng)濟的不斷發(fā)展，城市規(guī)模的不斷擴大，房屋建筑工程建設(shè)的數(shù)量也在迅速增加，要實現(xiàn)建筑經(jīng)濟性和適用性的目標(biāo)就要對建筑結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設(shè)計，從而有效的降低工程造價。

關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)設(shè)計；優(yōu)化方法

引言

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的理念應(yīng)注重實際為主，根據(jù)工程項目建設(shè)的實際情況，進行建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計要以計劃成本為控制為中心，其內(nèi)容就是對建筑方案、建筑結(jié)構(gòu)含樓蓋結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)以及圍護系統(tǒng)結(jié)構(gòu)等環(huán)節(jié)，建立起一種關(guān)于結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的模型，通過對各種不同的影響變量參數(shù)中的若干關(guān)鍵參數(shù)的科學(xué)的計算，確立最終的建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化方案。

1.建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的意義

1.1節(jié)省工程造價

建筑工程造價中建筑結(jié)構(gòu)的成本大約占到總造價的50%，對建筑結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設(shè)計可以在很大程度上降低工程總造價，節(jié)約工程造價成本。建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計能有效的節(jié)省房屋建筑的投資成本，具有巨大的經(jīng)濟價值。

1.2提高工程質(zhì)量

目前設(shè)計單位的水平整體都在不斷提升，但是首先很多工程師成本控制意識低，忽略對建筑工程的成本造價控制，只追求高的安全系數(shù)，從而造成設(shè)計過于保守；其次，沒有相應(yīng)的責(zé)任制，設(shè)計人員缺乏責(zé)任心，對建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計概念不清楚，一味的使用計算機而不是大腦來進行計算，常常導(dǎo)致計算不合理或者與工程實際不吻合等等錯誤，使之結(jié)構(gòu)設(shè)計存在安全隱患或者較大的浪費；另外，設(shè)計人員與建設(shè)單位的溝通不到位，沒有完全理解建設(shè)單位的建造用途及建筑功能，進而造成建筑產(chǎn)品不能滿足建設(shè)單位的需要。

據(jù)統(tǒng)計因為在設(shè)計過程中，設(shè)計質(zhì)量差，造成功能布置不合理，相關(guān)專業(yè)工程師沒有相互溝通，導(dǎo)致經(jīng)常出現(xiàn)在施工過程中進行修改及返工現(xiàn)象，導(dǎo)致施工工期不能控制。同時因為工程質(zhì)量差，工程存在安全隱患等問題，造成投資的巨大浪費。通過建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化可以有效的提高工程設(shè)計質(zhì)量，降低安全隱患，減少投資浪費。

1.3建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的社會意義

國家的宏觀調(diào)控力度在不斷的加大，原材料的價格在不斷的上漲，從而在建設(shè)的前期挖掘潛力，節(jié)約建筑造成成本、科學(xué)的優(yōu)化設(shè)計，有利于節(jié)約建筑的原材料、保護環(huán)境，符合國家“低碳、節(jié)能、環(huán)?！钡睦砟睿麌?。

2.建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化技術(shù)應(yīng)用

通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計技術(shù)來逐步改善房屋建筑的使用性能，進而提高經(jīng)濟性，大力降低工程成本造價。在某個建設(shè)工程項目中，結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計技術(shù)主要應(yīng)用于項目的整體設(shè)計、前期設(shè)計以及抗震設(shè)計等各個分部階段環(huán)節(jié)，應(yīng)用廣泛，其發(fā)揮的效能也十分明顯。

2.1樹立精品意識

結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計過程是結(jié)構(gòu)工程師打造設(shè)計精品的過程，預(yù)算專業(yè)提前到設(shè)計方案階段，為結(jié)構(gòu)工程師提供必要的經(jīng)濟分析數(shù)據(jù)，通過結(jié)構(gòu)工程師與造價工程師對設(shè)計質(zhì)量、品質(zhì)的經(jīng)濟指標(biāo)的全程控制，實現(xiàn)設(shè)計產(chǎn)品質(zhì)量與經(jīng)濟的統(tǒng)一。

2.2優(yōu)化設(shè)計中正確理解應(yīng)用結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范

追求適用、安全、經(jīng)濟、美觀以及便于施工是建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的目的。因此，建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計不但要求結(jié)構(gòu)設(shè)計工程師有豐富的設(shè)計經(jīng)驗，也同時要對建筑結(jié)構(gòu)規(guī)范的條文的概念、定義、前提條件及適用范圍有較為詳細(xì)的了解，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范的基礎(chǔ)上，能夠把自身的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案科學(xué)的融入到整個項目工程中。對于一些大面廣的工程中，某些條文規(guī)定不可避免的偏于保守，同時，也有些條文對一些特殊、復(fù)雜工程的設(shè)計工程條文安全性不足。因此，建筑結(jié)構(gòu)工程師在優(yōu)化設(shè)計中，應(yīng)該充分利用扎實專業(yè)知識與豐富的設(shè)計經(jīng)驗，對上述問題做出科學(xué)與正確的判斷，從而能夠把握設(shè)計，使設(shè)計成果逐步優(yōu)化，不斷創(chuàng)新。

2.3結(jié)構(gòu)工程師要積極參與工程前期規(guī)劃及方案

建筑結(jié)構(gòu)工程師要積極主動參與前期工程規(guī)劃及建筑方案，是實施結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)的重點內(nèi)容。因為，在在實際施工中，建筑結(jié)構(gòu)工程建筑師難以把握對結(jié)構(gòu)體系的受力的正確分析，相關(guān)建筑結(jié)構(gòu)工程師要積極主動地參與前期方案設(shè)計，幫助建筑師構(gòu)思與逐步創(chuàng)新，使得建筑師的建筑理念得以完美的體現(xiàn)。

2.4合理的結(jié)構(gòu)方案

要用整體的概念在待定的建筑設(shè)計中來完成結(jié)構(gòu)整體方案的構(gòu)思，處理好構(gòu)件與構(gòu)件，構(gòu)件與整體結(jié)構(gòu)的關(guān)系，充分利用和發(fā)揮整體結(jié)構(gòu)與構(gòu)件的最佳受力狀態(tài)，使結(jié)構(gòu)具有足夠的承載力、剛度及良好的延性，盡可能使結(jié)構(gòu)受力與傳力簡單、直接、明確，使之整體結(jié)構(gòu)安全可靠協(xié)調(diào)一致，使建筑的型心與重心重合，避免及減小外力作用下的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，結(jié)構(gòu)平面規(guī)則對稱與豎向剛度的均勻一致，才能達到結(jié)構(gòu)設(shè)計的安全經(jīng)濟。

2.5建筑結(jié)構(gòu)各部門相互協(xié)調(diào)與合作

建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化是一個復(fù)雜性的系統(tǒng)工程，涉及到的專業(yè)也很廣，各個專業(yè)必須相互協(xié)調(diào)與配合。依據(jù)建筑學(xué)發(fā)展角度出發(fā)，現(xiàn)代建筑是綜合性產(chǎn)品，包括建筑、結(jié)構(gòu)以及設(shè)備等要素。因此，建筑工程在工程實施中，應(yīng)該大力加強分工與合作，將各個構(gòu)成要素進行充分有機結(jié)合，為打造出完美的作品夯實基礎(chǔ)。在建筑工程項目設(shè)計中，最重要的環(huán)節(jié)是建筑設(shè)計與結(jié)構(gòu)設(shè)計，只有將這兩個環(huán)節(jié)充分結(jié)合，建筑工程實用、經(jīng)濟、美觀大方效果才能充分體現(xiàn)，同時，建造結(jié)構(gòu)受力更趨向合理性，大大降低了成本，簡化了施工。但在建筑設(shè)計中，一些許建筑設(shè)計人員不遵循建筑的基本力學(xué)規(guī)律，過于注重設(shè)計方案創(chuàng)作的新奇性，導(dǎo)致這建筑結(jié)構(gòu)難于處理，因此，建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化必須通過強化各個專業(yè)的合作與協(xié)調(diào)，才能夠?qū)崿F(xiàn)結(jié)構(gòu)合理，成本降低。

2.6建筑結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計

概念設(shè)計就是利用設(shè)計概念并以其為主線貫穿全部設(shè)計過程的設(shè)計方法，整個設(shè)計中包含著設(shè)計者的感性和理性思維。

概念設(shè)計通過使建筑結(jié)構(gòu)在遭遇到水平地震力作用下不會破壞，或者將對結(jié)構(gòu)的破壞影響降到最低。因此對建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計就要采取措施減小地震帶來的影響，減小地震產(chǎn)生影響的重要手段是需要結(jié)構(gòu)剛度均勻和對稱，結(jié)構(gòu)主體有足夠的延性，能夠有效地防止結(jié)構(gòu)在地震作用下發(fā)生脆性破壞。同時多道設(shè)防思想又能使次要的構(gòu)件在地震情況下先被破壞，從而使一部分地震能量得到消耗，在抗震設(shè)防中進行多道防線設(shè)計，能有效的抵抗地震力作用。

2.7提高材料的利用率

結(jié)構(gòu)的效能設(shè)計主要考慮充分發(fā)揮結(jié)構(gòu)材料的力學(xué)性能，有效的減少結(jié)構(gòu)材料的消耗，達到“少費多用”的目的。各種高強材料（高強度鋼筋、高強度混凝土等等）和各種輕型材料（如輕骨料混凝土、輕型隔墻、輕型墻板）的合理利用可以有效的減輕建筑結(jié)構(gòu)的自重，減小水平地震力的作用，減小基礎(chǔ)頂部荷載等等

2.8充分考慮地基基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計

地基基礎(chǔ)是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要組成部分之一，其造價根據(jù)工程所建地地基土的不同，基礎(chǔ)形式不同，其基礎(chǔ)造價也不同，但其造價占工程總造價的比例也不同，其比例占總造價的20-25%不等。地基基礎(chǔ)屬于隱蔽工程，建筑物的高度與安全性等受地基基礎(chǔ)影響很大。建筑結(jié)構(gòu)中的地基基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)設(shè)計必須選擇合適的方案，要依據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)條件上部結(jié)構(gòu)形式、高度、層數(shù)、基礎(chǔ)頂部荷載，綜合進行基礎(chǔ)選型及埋深等設(shè)計，最大程度的節(jié)省造價。

3.結(jié)語

要科學(xué)合理的對建筑結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設(shè)計，使其在建筑業(yè)的發(fā)展中發(fā)揮更好的作用，降低建筑成本。通過概念設(shè)計、正確的計算及合理的構(gòu)造措施來保證，設(shè)計要在實踐過程中不斷的研究、探索和創(chuàng)新，使其經(jīng)濟性和適用性的目標(biāo)得以實現(xiàn)。

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收稿日期：2013-4-11

作者簡介：夏忠翔（1965-），男，漢族，貴州貴陽人，高級工程師，本科，主要從事建筑設(shè)計及管理工程工作。