結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法在建筑工程中的應(yīng)用探究

高繼昌

摘要：隨著我國(guó)建筑行業(yè)的不斷發(fā)展，人們對(duì)建筑質(zhì)量和舒適度的要求越來(lái)越高，因此就必須對(duì)民用建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理設(shè)計(jì)優(yōu)化，這樣不僅能增加建筑的穩(wěn)定性和舒適度，還能有效地降低民用建筑的建設(shè)成本，實(shí)現(xiàn)民用建筑的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，實(shí)現(xiàn)利益的最大化。本文在此從結(jié)構(gòu)優(yōu)化的重要性出發(fā)，對(duì)結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法在工程中的應(yīng)用做了一定的研究。

關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)；重要性；應(yīng)用

一、建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法在房屋建筑中的重要性

從我國(guó)現(xiàn)階段的國(guó)情與發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，房屋建筑在不久的將來(lái)，主要表現(xiàn)為高層或者超高層住房。基于這種客觀實(shí)際，如何盡可能地減少投入的資金，并對(duì)房屋建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與時(shí)代發(fā)展的需求相符合予以保證，便成為了很多建筑企業(yè)與投資人員越來(lái)越關(guān)注的問(wèn)題[1]。

要想優(yōu)化房屋的結(jié)構(gòu)，施工人員一定要將保障建筑質(zhì)量安全作為前提與基礎(chǔ)，細(xì)致分析設(shè)計(jì)方案中的各個(gè)細(xì)節(jié)，并采用較為先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念與技術(shù)，控制好工程造價(jià)。從相關(guān)的數(shù)據(jù)反映情況來(lái)看，與沒(méi)有經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)優(yōu)化的建筑相比較而言，對(duì)房屋結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化之后，經(jīng)費(fèi)可以縮減8%-22%。然而，在實(shí)際的操作過(guò)程中，因?yàn)楸欢喾矫娴臈l件限制住了，要真正地施展起來(lái)，需面臨非常多的困難，而且也無(wú)法將其優(yōu)越性充分地發(fā)揮出來(lái)。

在優(yōu)化房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的時(shí)候，可以將建材的性能與機(jī)械設(shè)備的性能充分地發(fā)揮出來(lái)，這樣，與之前的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相比較而言，則更加具有優(yōu)勢(shì)。而且，優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)之后，工程造價(jià)的資金投入便能得到有效地降低，從而讓企業(yè)能夠贏得更高的經(jīng)濟(jì)效益。此外，優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)之后，可以實(shí)現(xiàn)房屋結(jié)構(gòu)中各個(gè)單元的有機(jī)整合，從而提升了建筑的質(zhì)量，對(duì)人們的居住安全給予了重要保障。因此，要想對(duì)房屋結(jié)構(gòu)具有更強(qiáng)的適用性與更好的經(jīng)濟(jì)性，優(yōu)化房屋的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，是一條行之有效且非常重要的途徑。

二、建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)優(yōu)化理念

在對(duì)房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的長(zhǎng)期探討中，建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)優(yōu)化也有自己的理念。其中優(yōu)化設(shè)計(jì)理念包含四個(gè)方面。第一個(gè)方面是房屋建筑具有安全性能，建筑能夠反映人類(lèi)的進(jìn)步文明程度，能夠保障人們各種工作的順利進(jìn)行，因此，對(duì)于建筑的安全性能有很高的要求。建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)無(wú)論優(yōu)化到什么程度，都是需要建立在安全性能的前提之下，一旦一個(gè)建筑優(yōu)化的連安全性都保證不了，那么這個(gè)建筑就失去了存在的意義，甚至帶來(lái)很大的災(zāi)難。第二個(gè)方面是可用性，建筑在表現(xiàn)美觀的同時(shí)，設(shè)計(jì)優(yōu)化的主打理念還是建筑的可用性，功能要滿(mǎn)足使用者的要求，帶來(lái)舒適的感覺(jué)。第三個(gè)方面是建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化需要保護(hù)環(huán)境，我國(guó)在長(zhǎng)期的發(fā)展中，人們對(duì)于保護(hù)環(huán)境的意識(shí)不高，造成我國(guó)目前環(huán)境的嚴(yán)重污染，因此，在建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)優(yōu)化的時(shí)候，設(shè)計(jì)合理，采用環(huán)保的建筑材料，排水等具有污染性的系統(tǒng)要做好環(huán)保的防護(hù)工作。第四個(gè)方面是可用價(jià)值性，在建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)優(yōu)化中，不能只顧眼前的利益，為了節(jié)約成本，而偷工減料，降低建筑的實(shí)際可用價(jià)值。建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)優(yōu)化理念的真正目標(biāo)是用最少的錢(qián)卻能打造出最有價(jià)值性的建筑。

三、房屋結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1、選擇節(jié)能指標(biāo)較高的結(jié)構(gòu)類(lèi)型。房屋結(jié)構(gòu)形式的選擇，意味著選擇不同工程造價(jià)的建設(shè)模式，常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模式有如下三種。（1）短肢剪力墻結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)形式常見(jiàn)于高層建筑，以混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程為依托，這種結(jié)構(gòu)形式相對(duì)于剪力墻的抗震級(jí)別要高，比起剪力墻，構(gòu)造鋼筋使用數(shù)量不多。（2）框架結(jié)構(gòu)，具有大開(kāi)間、布局靈活性強(qiáng)和造價(jià)成本低的優(yōu)點(diǎn)，但這種結(jié)構(gòu)抗震能力弱，柱截面較大，形成的柱角凸出部位會(huì)妨礙家具的布置。（3）框架—剪力墻結(jié)構(gòu)，即在框架結(jié)構(gòu)中合理進(jìn)行一定數(shù)量剪力墻的布置，這種結(jié)構(gòu)合理，適用能力強(qiáng)，而且能夠應(yīng)對(duì)各種不同的變形壓力，是一種抗側(cè)力較好的結(jié)構(gòu)。以上的三種結(jié)構(gòu)模式各具優(yōu)缺點(diǎn)，但我們?cè)谶x擇結(jié)構(gòu)模式的時(shí)候，不能片面認(rèn)為造價(jià)最低的方案就是最科學(xué)合理的方案，而是我們要結(jié)合房屋業(yè)主的功能需求，以及建設(shè)單位的投資水平和施工能力等方面的因素進(jìn)行結(jié)構(gòu)類(lèi)型的綜合分析，將投資與收益進(jìn)行平衡優(yōu)化，根據(jù)工程條件的客觀實(shí)際情況選擇最為合適的結(jié)構(gòu)模式。

2、各種功能結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

結(jié)構(gòu)抗震的經(jīng)濟(jì)化設(shè)計(jì)，主要針對(duì)高層的房屋建筑，高層建筑的水平荷載結(jié)構(gòu)造價(jià)占所有結(jié)構(gòu)的絕大部分造價(jià)，在抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，抗側(cè)力結(jié)構(gòu)是造價(jià)控制的重點(diǎn)內(nèi)容。尤其是在建筑物層高增加之后，抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的造價(jià)也會(huì)隨之增加。因此，抗側(cè)力的結(jié)構(gòu)必須進(jìn)行合理選用，以便形成造價(jià)優(yōu)勢(shì)。上文已經(jīng)對(duì)常見(jiàn)結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行了一定闡述，雖然每種結(jié)構(gòu)形式都具備一定的抗震性能，但所達(dá)成的經(jīng)濟(jì)效果確是各不相同的，因此設(shè)計(jì)人員對(duì)房屋結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要充分了解各種結(jié)構(gòu)模式的抗震性能和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，把握好房屋的體型、結(jié)構(gòu)的體系以及剛度的分布等，針對(duì)抗震的薄弱環(huán)節(jié)通過(guò)抗震構(gòu)造措施進(jìn)行改善，將抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的成本降到最低。

四、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

1、鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1選擇合適的鋼材

在鋼結(jié)構(gòu)建筑中，鋼材的選擇非常關(guān)鍵，直接關(guān)系到整個(gè)結(jié)構(gòu)的各項(xiàng)性能標(biāo)準(zhǔn)，所以鋼材要具有較好的延伸性，在抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度方面符合標(biāo)準(zhǔn)。為了保證焊接的質(zhì)量，要符合含碳量指標(biāo)。如果在地震區(qū)的鋼結(jié)構(gòu)建筑，還要充分考慮抗震性的需求，要對(duì)鋼材進(jìn)行沖擊實(shí)驗(yàn)，保證具有良好的韌性。為保證鋼材的各項(xiàng)性能都符合標(biāo)準(zhǔn)，一定要進(jìn)行相關(guān)的實(shí)驗(yàn)，檢測(cè)合格后準(zhǔn)予使用。對(duì)于有其他性能需求的，要按照建筑的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)操作，確保鋼材的質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

1.2樓面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在樓面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，比較常見(jiàn)的問(wèn)題是裂縫，如果設(shè)計(jì)不當(dāng)將直接影響樓面的施工質(zhì)量。在樓面設(shè)計(jì)中，應(yīng)該根據(jù)施工材料的不同設(shè)計(jì)不同的方案，因?yàn)椴牧系男再|(zhì)不同，伸縮縫的設(shè)計(jì)長(zhǎng)度也不相同。所以在鋼結(jié)構(gòu)建筑中，對(duì)于樓面的設(shè)計(jì)可以使用現(xiàn)澆混凝土的方法，伸縮縫的長(zhǎng)度可以按照混凝土結(jié)構(gòu)預(yù)留，以避免施工中樓面出現(xiàn)裂縫。

1.3網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的計(jì)算

在實(shí)際的建筑工作中，建筑設(shè)計(jì)人員通常會(huì)將網(wǎng)架同下部結(jié)構(gòu)分開(kāi)進(jìn)行計(jì)算。在計(jì)算當(dāng)中，設(shè)定網(wǎng)架支座的剛度是無(wú)限大的，并且各個(gè)支座剛度相等，將支座反力與下部結(jié)構(gòu)相加就可以得出網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)值。下部結(jié)構(gòu)可能為梁，也可能是其他的形式，其剛度差異很大。

2、地基結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

地基是整個(gè)建筑的基礎(chǔ)，地基的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平直接影響到上層建筑的質(zhì)量。因?yàn)榈鼗幕A(chǔ)不僅要承受來(lái)自上層建筑的荷載，同時(shí)還會(huì)受到地下各種應(yīng)力的影響?；A(chǔ)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要考慮的因素較多，在設(shè)計(jì)之前，需要對(duì)基礎(chǔ)的地質(zhì)條件、水文狀況、荷載的分布情況、周?chē)ㄖ幕A(chǔ)、抗震等級(jí)等各項(xiàng)要素進(jìn)行詳細(xì)的調(diào)查分析，然后根據(jù)建筑的整體需求，設(shè)計(jì)出高水平的結(jié)構(gòu)方案。在砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，條形基礎(chǔ)較為常見(jiàn)，基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)形式主要取決于地基的荷載力、防水要求等因素，有針對(duì)性的選擇基礎(chǔ)類(lèi)型。

2.2樁基深度

在樁基設(shè)計(jì)方面，要選擇硬巖石為樁端的持力層。在樁端進(jìn)入到持力層時(shí)，應(yīng)對(duì)其深度進(jìn)行控制：以樁徑（d）為標(biāo)準(zhǔn)，如果是粘性土，應(yīng)大于2d；如果是強(qiáng)風(fēng)化軟質(zhì)巖或砂土，應(yīng)大于1.5d；如果是強(qiáng)風(fēng)化硬質(zhì)巖和碎石土，應(yīng)大于1d，且應(yīng)大于0.5m。在樁基進(jìn)入到持力層時(shí)，樁斷面進(jìn)入到巖層的深度應(yīng)大于0.5m，如果持力層為未風(fēng)化的硬質(zhì)巖或灰?guī)r時(shí)，可適當(dāng)減少其嵌巖深度，但也應(yīng)在0.2m以上。

五、結(jié)語(yǔ)

綜上，我們應(yīng)嚴(yán)格遵“安全、經(jīng)濟(jì)、合理”的設(shè)計(jì)理念，努力探索更合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，保證建筑工程取得良好的經(jīng)濟(jì)效益和質(zhì)量效益。引進(jìn)先進(jìn)的設(shè)計(jì)技術(shù)，創(chuàng)新設(shè)計(jì)理念，根據(jù)房屋所處的實(shí)際地理環(huán)境，選擇合適的設(shè)計(jì)優(yōu)化方案，爭(zhēng)取采用最低的造價(jià)來(lái)?yè)Q取最大的經(jīng)濟(jì)效果。