房屋建筑結(jié)構(gòu)設計的優(yōu)化技術(shù)應用探討

劉俊娥

【摘要】對于建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計這一概念，其定義為在滿足一些特定要求或者是符合相應規(guī)范基礎上，使建筑結(jié)構(gòu)中的剛度、造價等指標實現(xiàn)最優(yōu)設計的一種設計手段。建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化工作中，既要實現(xiàn)用戶對于結(jié)構(gòu)功能提出的新需求，還要滿足低成本、高效益的優(yōu)化設計。本文首先分析了結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計工作的四個基本要求，然后重點從設計方案、結(jié)構(gòu)設計構(gòu)件配置以及建筑材料使用等三個方面來進行分析建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計工作。

【關(guān)鍵詞】功能結(jié)構(gòu)；建筑結(jié)構(gòu)；設計成本；優(yōu)化設計

1.分析建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計的相關(guān)要求

1.1建筑結(jié)構(gòu)的功能性要求

對建筑結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設計，是為了不斷滿足人們對于物質(zhì)生活的需求，使人們的居住環(huán)境變得更美好，并且方便人們的日常生活工作?，F(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)功能性不僅包括實用性功能，同時還包括結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)性、美觀性以及環(huán)境的舒適性等元素。

1.2建筑結(jié)構(gòu)安全性

人們的日常生活以及大部分工作都是在室內(nèi)進行，建筑和人們的生活及生產(chǎn)均有著密切的聯(lián)系，因此建筑安全性是結(jié)構(gòu)優(yōu)化過程中需要考慮到的一個重要因素。因此，在進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化工作中一定要重視優(yōu)化設計決策、設計以及施工階段的安全性，從而確保建筑結(jié)構(gòu)具有良好的安全性。

1.3建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計中的經(jīng)濟性要求

結(jié)構(gòu)優(yōu)化工作中對于建筑結(jié)構(gòu)資源合理使用而提出的新要求就是經(jīng)濟性，其目的是在建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計時，能使建筑材料資源達到合理利用、減少施工成本的目的。此外，不同材料都會具有某些稀缺特性，實行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計能幫助合理、科學的搭配材料比例，減少不必要的材料浪費情況。

1.4建筑結(jié)構(gòu)中的環(huán)保性

建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計過程中科學合理選用材料，能大大提高結(jié)構(gòu)功能性，還能達到節(jié)能環(huán)保的目的。在整體優(yōu)化布局中，既要求建筑物內(nèi)部以及外部達到統(tǒng)一，同時還要要求環(huán)保。在結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計時能充分利用廢舊材料具有的價值，并且要求建筑結(jié)構(gòu)及材料在今后的使用時不會對周圍環(huán)境造成污染情況。

2.分析建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計措施

2.1結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計方案分析

在進行建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計過程中為了確保設計合理，相關(guān)設計工作者應按照建筑工程具體情況來制定最優(yōu)、最合理的結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案。這一過程需要重視以下幾個方面：

①應確保建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件配置科學合理；在設置結(jié)構(gòu)構(gòu)件過程中，應綜合考慮每一件構(gòu)件的作用，從而確保構(gòu)件能在建筑結(jié)構(gòu)中發(fā)揮各自的作用。

②重視預防扭轉(zhuǎn)效應；在結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計中要求建筑物的質(zhì)量中心應該和結(jié)構(gòu)剛心盡量重合，從而有效預防結(jié)構(gòu)發(fā)生扭轉(zhuǎn)情況。這樣既能幫助減少結(jié)構(gòu)抗扭轉(zhuǎn)構(gòu)件的使用數(shù)量，還能幫助減少建筑造價費用。

③傳力途徑應合理設置：對于建筑物而言，其結(jié)構(gòu)傳力途徑如果非常復雜的話，就會增加建筑工程造價成本，另外也會影響建筑結(jié)構(gòu)的安全性。所以，傳力途徑設置應要求簡單有效，既能幫助減少傳遞構(gòu)件的使用數(shù)，還能減少造價費用，有效防止安全事故出現(xiàn)。

④重視溝通合作：在結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計工作中為了確保設計方案能順利得到落實，要求施工人員、建筑工作者與結(jié)構(gòu)設計人員保持良好、密切的溝通與合作關(guān)系，方便不斷發(fā)現(xiàn)設計及施工過程中存在的問題，并不斷優(yōu)化設計工作。

⑤確保結(jié)構(gòu)優(yōu)化后的整體效果：開展建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計工作，應將出發(fā)點放在整體建筑結(jié)構(gòu)上，確保結(jié)構(gòu)構(gòu)件具有的剛度、延性以及承載力在建筑結(jié)構(gòu)中都能發(fā)揮到極致。

2.2建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化中材料的合理利用

實行建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化工作的目的之一就是幫助減少建筑造價成本，從而提高收益，爭取利用最少的成本，建造出安全性良好且舒適的建筑物[2]。所以，材料選用環(huán)節(jié)至關(guān)重要，材料是否實現(xiàn)合理使用、科學搭配，直接關(guān)系著整體建筑結(jié)構(gòu)具有的安全性、環(huán)保性以及經(jīng)濟性。結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計時，要求設計工作者按照結(jié)構(gòu)構(gòu)件本身具有的環(huán)保特點、受力情況，選用適合的構(gòu)件材料。如果是鋼筋混凝土材料建筑結(jié)構(gòu)，主要由框架柱或剪力墻承受豎向荷載，因此可以采用抗壓性較強的混凝土材料進行施工，幫助減少構(gòu)件截面，增加結(jié)構(gòu)空間大小，從而減少結(jié)構(gòu)自重力。另外，梁板作為建筑受彎的關(guān)鍵部位，選用鋼筋時應采用高強度的鋼筋材料，從而在確保安全性的基礎上減少材料使用。如果是建筑結(jié)構(gòu)中的轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)、大跨度結(jié)構(gòu)以及其他復雜結(jié)構(gòu)等，可以考慮使用鋼結(jié)構(gòu)材料，不僅能減少施工材料使用量，節(jié)省成本，同時還能確保建筑結(jié)構(gòu)具有的安全性以及舒適度。

2.3分析建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計中的構(gòu)件布置

框架結(jié)構(gòu)、框剪結(jié)構(gòu)以及剪力墻結(jié)構(gòu)等都是建筑中嘗采用的結(jié)構(gòu)，在實行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計時應合理設計、科學布置這些結(jié)構(gòu)構(gòu)件。

對于梁設計及布置工作而言，可以將梁板結(jié)構(gòu)區(qū)分為預應力梁結(jié)構(gòu)和寬扁梁結(jié)構(gòu)兩種[3]。如果是由撓度控制的建筑結(jié)構(gòu)就可以選擇預應力梁板結(jié)構(gòu)，其能達到相應的結(jié)構(gòu)設計需求，但是需要花費較多的費用。而寬扁梁板結(jié)構(gòu)既能幫助縮小梁板截面高度值，達到強柱弱梁的目的，還能增加建筑整體高度，幫助擴大建筑面積。由于該梁板橫截面高度下降，增加了縱向鋼筋率及撓度，所以也相應的增加了建筑施工成本。

當前國內(nèi)建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計工作中，應用比較多的是框架-剪力墻結(jié)構(gòu)[4]。這一結(jié)構(gòu)體系是由鋼筋混凝土框架及剪力墻兩個部分構(gòu)成。一般來說，框架結(jié)構(gòu)中的梁柱采用的是剛接，但是框架剪力墻結(jié)構(gòu)卻能采用剛接以及鉸接兩種方法實現(xiàn)。結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計中，框架剪力墻結(jié)構(gòu)體系具備的整體性、抗震性能、空間使用靈活性以及承載能力等都比較好，從而有效控制建筑結(jié)構(gòu)測移情況，實現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化目的，但同時需要注意底部傾覆力矩問題。

3.小結(jié)

總之，建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計工作既要求能增加結(jié)構(gòu)具有的穩(wěn)定性及安全性，還要能幫助減少建筑造價成本，提高工程效益。所以，設計工作者在開展建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計過程中，需要綜合考慮多個方面的因素，來制定相應的合理優(yōu)化設計方案，從而在確保建筑安全性、舒適性的前提下幫助節(jié)省建筑造價成本。

參考文獻：

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