探析房屋建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化

桑志奇

【摘要】隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人們熱衷追求更高質(zhì)量的生活，對(duì)房屋建筑的功能需求也逐步加大，房屋建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)面臨著重大挑戰(zhàn)。為滿足人們?nèi)找嬖鲩L(zhǎng)的建筑功能需求，設(shè)計(jì)人員應(yīng)重視房屋建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化，創(chuàng)新設(shè)計(jì)理念與方法，為建筑用戶提供一個(gè)舒適實(shí)用、美觀安全的住宅建筑環(huán)境。本文主要深入探究關(guān)于房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的相關(guān)問(wèn)題。

【關(guān)鍵詞】房屋建筑，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，優(yōu)化

1. 引言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展步伐的不斷加快，人們的生活水平日益提高，人們?cè)谧非蟾哔|(zhì)量生活的同時(shí)對(duì)房屋建筑居住環(huán)境的要求也日益提高。事實(shí)上，建筑面積大、外形美觀且建設(shè)質(zhì)量高的建筑結(jié)構(gòu)一般較為完善，所采用的施工材料質(zhì)量也很好，這樣就會(huì)加大了工程投資。對(duì)房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，不僅可以全面提高房屋建筑結(jié)構(gòu)的安全性和可靠性的同時(shí)，還能滿足住宅用戶的舒適性和經(jīng)濟(jì)性需求，節(jié)約工程建設(shè)投資成本，提高房屋建筑建設(shè)項(xiàng)目的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

因此，房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員應(yīng)積極探索房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化策略，真正實(shí)現(xiàn)建筑資源的優(yōu)化配置，最大限度提高工程資金的利用率，增強(qiáng)房屋建筑結(jié)構(gòu)的安全可靠度，為人們提供一個(gè)舒適優(yōu)質(zhì)的居住環(huán)境。

2. 房屋建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化對(duì)策

在房屋建筑設(shè)計(jì)過(guò)程中，房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的任務(wù)是根據(jù)工程建設(shè)總體要求和目標(biāo)，采用最先進(jìn)科學(xué)的方法，對(duì)房屋建筑結(jié)構(gòu)的整體形式、結(jié)構(gòu)構(gòu)件布置和各個(gè)建筑構(gòu)件進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)。而房屋建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)主要是指設(shè)計(jì)人員轉(zhuǎn)變?cè)O(shè)計(jì)理念，綜合設(shè)計(jì)建筑基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)、屋蓋系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、圍護(hù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及其他細(xì)部結(jié)構(gòu)，真正實(shí)現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)優(yōu)化，全面提高工程建設(shè)的經(jīng)濟(jì)效益。

2.1 構(gòu)建結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)模型

房屋建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的實(shí)質(zhì)是在設(shè)計(jì)人員在各種設(shè)計(jì)變量參數(shù)中，選取主要影響因素，并為其構(gòu)建結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)模型，結(jié)合科學(xué)先進(jìn)的計(jì)算方法獲得最優(yōu)設(shè)計(jì)變量參數(shù)。構(gòu)建房屋建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)模型主要步驟為：

（1） 選取合理設(shè)計(jì)變量

設(shè)計(jì)變量的合理選取對(duì)房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的影響是至關(guān)重要的，因此，在設(shè)計(jì)建筑結(jié)構(gòu)時(shí)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)根據(jù)不同變量對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果的影響程度將各種變量進(jìn)行合理分類，將一些對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果影響不大的參數(shù)作為預(yù)定參數(shù)，以減少該項(xiàng)工作的計(jì)算和工作量，節(jié)省人力物力。

（2） 科學(xué)確定目標(biāo)函數(shù)

事實(shí)上，房屋建筑結(jié)構(gòu)可靠度優(yōu)化設(shè)計(jì)的約束條件主要包括應(yīng)力約束、裂縫寬度約束、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度約束、尺寸約束、從正常時(shí)的極限狀態(tài)下彈性約束到終極狀態(tài)的彈塑性約束等。因此，設(shè)計(jì)人員要在優(yōu)化設(shè)計(jì)建筑結(jié)構(gòu)時(shí)，確保各種約束條件必須滿足設(shè)計(jì)要求，通過(guò)科學(xué)確定各個(gè)設(shè)計(jì)目標(biāo)函數(shù)，獲得滿足設(shè)計(jì)要求的最優(yōu)解。

2.2 優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)計(jì)算參數(shù)

通過(guò)計(jì)算機(jī)得出建筑結(jié)構(gòu)計(jì)算參數(shù)后，設(shè)計(jì)人員要對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析判斷，確認(rèn)計(jì)算參數(shù)合理有效后，方可應(yīng)用到工程設(shè)計(jì)中。一般情況下，計(jì)算機(jī)計(jì)算的參數(shù)主要包括結(jié)構(gòu)的自振周期、樓層地震剪力系數(shù)、樓層彈性層間位移、樓層的側(cè)向剛度比、墻和柱的軸壓比、柱底內(nèi)力設(shè)計(jì)值等。此外，為進(jìn)一步提高計(jì)算結(jié)果的合理性，不僅要保證結(jié)構(gòu)方案、結(jié)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖合理，還需要正確填寫(xiě)建筑的抗震設(shè)防烈度和場(chǎng)地類別，保證電算程序總信息中的各項(xiàng)計(jì)算參數(shù)合理可靠，全面提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性。

2.3 建筑結(jié)構(gòu)的整體優(yōu)化方法

（1） 建筑地基結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化

地基結(jié)構(gòu)是決定整個(gè)建筑物穩(wěn)定性、安全性的關(guān)鍵，因此，設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)建筑地基結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)以因地制宜為設(shè)計(jì)原則，以建筑周邊情況為設(shè)計(jì)基礎(chǔ)條件。優(yōu)化建筑地基結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，先要確定合理的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，如建筑基礎(chǔ)較深時(shí)，就要對(duì)擬建工程施工現(xiàn)場(chǎng)的水文地質(zhì)情況進(jìn)行全面勘察分析，同時(shí)結(jié)合施工場(chǎng)地各種建設(shè)條件科學(xué)確定基礎(chǔ)選型及埋深。

（2） 建筑砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化

磚砌體是房屋建筑中的受力結(jié)構(gòu)，主要發(fā)揮著抵抗側(cè)向位移和承受重力的重要作用，由于磚砌體布置形式多樣，但不適用于躍層結(jié)構(gòu)或表現(xiàn)出過(guò)大受力的建筑結(jié)構(gòu)中。對(duì)建筑砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，就是優(yōu)化磚砌體的平立面結(jié)構(gòu)，提高建筑形體的規(guī)劃性，保證抗側(cè)力構(gòu)件平面布置能夠?qū)ΨQ規(guī)則，而側(cè)向剛度則能沿著豎向均勻變化。在建筑整體結(jié)構(gòu)中，必須保證至少三條的縱向抗震墻體，同時(shí)要求對(duì)磚砌墻體的門窗位置、開(kāi)口規(guī)格進(jìn)行合理規(guī)劃，一般要求將門窗寬度不超過(guò)2 m，以保證建筑結(jié)構(gòu)具有良好穩(wěn)固性。

（3） 建筑底部剪力墻設(shè)計(jì)優(yōu)化

框架剪力墻主要位于房屋建筑的底部位置，由于它具有豎直方向抵抗側(cè)力部件的不連續(xù)性特點(diǎn)，不僅增加了結(jié)構(gòu)受力不平衡出現(xiàn)的情況，還提高了對(duì)建筑結(jié)構(gòu)平面設(shè)計(jì)的要求。因此，在進(jìn)行建筑底部剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化時(shí)，應(yīng)盡量將承重墻放置于框架梁上，若設(shè)計(jì)條件受限只能將承重墻置于次梁上，此時(shí)要適當(dāng)增大主梁與框架梁的鋼筋配置，加大放置承重墻的樓板厚度。另外，在設(shè)計(jì)過(guò)程中若需要設(shè)置錯(cuò)層樓板時(shí)，必須要選用質(zhì)量輕的板層填充材料。

（4） 建筑剪力墻設(shè)計(jì)優(yōu)化

對(duì)建筑剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化，其中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)就是對(duì)連梁的優(yōu)化設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中增加連梁剮度時(shí)，除了會(huì)增加建筑結(jié)構(gòu)地震作用，還會(huì)大大增加連梁與墻肢的內(nèi)部受力分配，從而導(dǎo)致該部位構(gòu)件的鋼筋配置適度增加，浪費(fèi)了建筑材料。因此，在優(yōu)化設(shè)計(jì)房屋建筑結(jié)構(gòu)時(shí)，盡量不要在大剛度窗下墻當(dāng)做連梁的優(yōu)化設(shè)計(jì)，而應(yīng)將連梁設(shè)計(jì)成剛度與截面都相對(duì)較小的弱連梁，當(dāng)剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)剛度與變形程度滿足設(shè)計(jì)要求后，還要全面考慮結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性條件，合理布置構(gòu)件。

（5） 建筑結(jié)構(gòu)細(xì)部設(shè)計(jì)優(yōu)化

對(duì)房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，除了要重視整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，還要充分重視建筑各個(gè)細(xì)部結(jié)構(gòu)部件的優(yōu)化設(shè)計(jì)，例如優(yōu)化設(shè)計(jì)現(xiàn)澆板時(shí)，為實(shí)現(xiàn)去除拐角裂縫與結(jié)構(gòu)的受力均勻，應(yīng)將異形板劃分為矩形板。一般來(lái)說(shuō)，建筑結(jié)構(gòu)底部框架抗震墻的鋼筋配置會(huì)較大，而在建筑材料選擇上應(yīng)當(dāng)選用冷軋帶肋鋼筋，以求減少鋼筋配置數(shù)量，便于施工，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)資源節(jié)省的目的，有效控制工程造價(jià)。

目前，計(jì)算機(jī)仿真設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)已廣泛應(yīng)用于建筑工程設(shè)計(jì)行業(yè)中，這種基于計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思路進(jìn)行模型化的仿真分析，結(jié)果直觀且準(zhǔn)確。因此，基于人工設(shè)計(jì)配合計(jì)算機(jī)分析技術(shù)的運(yùn)用進(jìn)行房屋建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，應(yīng)被大力推廣，全面推進(jìn)建筑行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

3. 結(jié)束語(yǔ)

就房屋建筑而言，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是房屋建設(shè)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，優(yōu)化房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)除了能有效節(jié)省房屋建設(shè)成本，還能提高房屋建設(shè)專業(yè)技術(shù)的質(zhì)量指標(biāo)，加快房屋建設(shè)效率，滿足建筑住戶的使用功能需求，全面推動(dòng)我國(guó)建筑行業(yè)朝著可持續(xù)的方向健康發(fā)展。因此，設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行房屋建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，要全面考慮建筑周邊環(huán)境因素，嚴(yán)格遵循建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則，利用科學(xué)的控制方法，使建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)各個(gè)方面優(yōu)化整合，最大限度提高建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的可行性、合理性與安全性。

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