唐洪良 曹夢(mèng)婷
摘要:房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的好壞與房屋整體功能是否能發(fā)揮密切相關(guān),對(duì)房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化亦是為最大程度完成居民對(duì)房屋功能和審美兩方面的需要。此外,房屋設(shè)計(jì)者通過結(jié)構(gòu)的優(yōu)化使給定的空間資源獲得最佳利用,同時(shí)又不會(huì)因?yàn)閷?duì)空間的注重而失去美觀以及對(duì)居民隱私的保護(hù),還能節(jié)約建筑成本,給施工方帶來更多利益的同時(shí)也減少了購房者的負(fù)擔(dān)。
關(guān)鍵詞:房屋建筑;結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);優(yōu)化
引言:房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化就是利用最少的造價(jià)和有限的資源、空間,實(shí)現(xiàn)房屋安全、適用、經(jīng)濟(jì)、美觀的綜合最優(yōu)化。在房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中,對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化的主要目的就在于在保證房屋內(nèi)部基本結(jié)構(gòu)優(yōu)化協(xié)調(diào)的同時(shí),還能夠保證房屋工程結(jié)構(gòu)的“安全性、經(jīng)濟(jì)性、適用性和美觀性”,能夠在一定程度上降低工程造價(jià)。房屋工程的施工質(zhì)量直接關(guān)系到了我國人民的生命財(cái)產(chǎn)安全,因此,對(duì)房屋結(jié)構(gòu)要更加重視,并根據(jù)工程的實(shí)際情況進(jìn)行優(yōu)化,而隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化技術(shù)也在不斷進(jìn)步。
一、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的方法及意義
1.1建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的方法
建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的方法分為對(duì)房屋的分部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化方法和對(duì)房屋總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化方法[2]。房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化一般包含以下幾個(gè)方面的內(nèi)容:對(duì)房屋基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化;對(duì)房屋頂部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化;對(duì)房屋的護(hù)圍支撐結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化以及對(duì)房屋總體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)及細(xì)節(jié)部分進(jìn)行優(yōu)化;最重要的是在房屋設(shè)計(jì)要求及設(shè)計(jì)規(guī)范內(nèi),在滿足房屋功能及技術(shù)要求的前提下,合理降低工程造價(jià),即對(duì)房屋的造價(jià)進(jìn)行最優(yōu)化設(shè)計(jì)。
1.2 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的意義
建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的意義在于可以最大程度地充分利用資源與空間,高效利用材料與設(shè)備,使房屋結(jié)構(gòu)功能合理、協(xié)調(diào),安全可靠。實(shí)現(xiàn)房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的“安全性、適用性、經(jīng)濟(jì)性、美觀性”的最優(yōu)化設(shè)計(jì)。
二、房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)
2.1 房屋建筑整體結(jié)構(gòu)的選擇
房屋建筑的項(xiàng)目投入與其自身的結(jié)構(gòu)類型息息相關(guān),普通房屋建筑工程的結(jié)構(gòu)類型大致可以劃分為以下幾種:
(1)抗風(fēng)墻類型,該種建筑方式在高層建筑當(dāng)中被廣泛使用,以混凝土的使用為基礎(chǔ),這種優(yōu)化方式具有非常顯著的特點(diǎn),自身抗震能力很強(qiáng),而且鋼筋等材料使用數(shù)量明顯降低;
(2)框架類型,該種優(yōu)化方式在布局的靈活性以及造價(jià)的低廉性等方面具有很大優(yōu)勢(shì),但是免不了存在一些缺陷,其柱結(jié)構(gòu)自身的截面大,在面對(duì)地震侵襲的時(shí)候抗震能力相對(duì)比較低;
(3)混合結(jié)構(gòu)類型,這種混合結(jié)構(gòu)類型可以視為上述兩種優(yōu)化方式的綜合體,充分吸收了兩者的優(yōu)勢(shì),并且適當(dāng)?shù)囊?guī)避了不必要的缺陷,這種方式在日常的工程建設(shè)當(dāng)中被廣泛使用,自身的應(yīng)用性比較強(qiáng),而且結(jié)構(gòu)布置等方面相對(duì)合理,更重要的是該種結(jié)構(gòu)所具備很強(qiáng)的抗震和抗側(cè)力的能力。
2.2節(jié)能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化
節(jié)能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化是需要以綠色建筑理念為基礎(chǔ),并積極應(yīng)用設(shè)計(jì)學(xué)中的方法。首先,優(yōu)化布局和表面形狀。布局就是指建筑的主要朝向,受到我國氣候條件的影響,為了保證房屋的陽光照射量的通風(fēng)良好,房屋的朝向盡量要朝南。表面形狀的優(yōu)化就是要保證所設(shè)計(jì)的房屋建筑外表面積不要接受冷風(fēng)的直接朝向,這樣就能夠減少熱能的消耗,起到節(jié)能效果。其次,維護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。維護(hù)結(jié)構(gòu)主要指的就是門窗和屋頂,對(duì)于門窗而言,在房屋朝南的方向所設(shè)置的門窗要盡量要大和多,這樣能夠最大限度吸收陽光輻射,朝向北的就要減少門窗,防止熱量的流失,材料也要選擇保溫效果好的。屋頂?shù)脑O(shè)計(jì)可以采用架空的方式或者是鋪設(shè)循環(huán)水管,夏天降溫冬天保暖。
2.3結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)信息優(yōu)化技術(shù)
由于房屋建筑結(jié)構(gòu)受到設(shè)計(jì)變量等條件的約束,很難用單一的結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法。因此應(yīng)開發(fā)一種更為實(shí)用方便的參數(shù)定義優(yōu)化軟件,減少設(shè)計(jì)者在結(jié)構(gòu)優(yōu)化方面的精力和時(shí)間。我較為推崇的是 TBCAD 系統(tǒng),這種系統(tǒng)是針對(duì)結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)、建模、分析、評(píng)估等為一體的成本控制軟件系統(tǒng),該可以進(jìn)行結(jié)構(gòu)方案的指導(dǎo)設(shè)計(jì),使得方案的人力、物力和財(cái)力資源等趨于最優(yōu)狀態(tài)。系統(tǒng)的信息分為兩個(gè)時(shí)間段進(jìn)行優(yōu)化,第一個(gè)時(shí)間段是通過對(duì)材料的分配調(diào)整,使用最少的混凝土用量滿足側(cè)向剛度的要求,系統(tǒng)在這個(gè)時(shí)間段的目標(biāo)函數(shù)是混凝土的使用量,而結(jié)構(gòu)構(gòu)件的斷面大小則是設(shè)計(jì)的變量。第二個(gè)時(shí)間段是對(duì)構(gòu)件強(qiáng)度的優(yōu)化,通過對(duì)構(gòu)件結(jié)構(gòu)的斷面大小以及鋼用量的調(diào)整,使得構(gòu)件的強(qiáng)度要求實(shí)現(xiàn)只需較少的結(jié)構(gòu)造價(jià)。
2.4對(duì)建筑主體上部結(jié)構(gòu)進(jìn)行的科學(xué)性優(yōu)化
房屋建筑的上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)建立相應(yīng)的模型并進(jìn)行系統(tǒng)的優(yōu)化。整個(gè)過程最先一步就應(yīng)當(dāng)合理地設(shè)置剪力墻,保證剪力墻整體的質(zhì)量是均勻的,這樣能將樓層中平面剛度的中心點(diǎn)重合于樓層整體的結(jié)構(gòu)重心,從而減少地震或者風(fēng)力等對(duì)其的破壞性。在房屋建設(shè)時(shí),如果條件允許,要盡可能地對(duì)剪力墻進(jìn)行大開間的構(gòu)造,加長剪力墻的墻肢長度,這樣就能減少墻肢的數(shù)量,還能在符合標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上減少混凝土的使用。另外,剪力墻里的暗柱是拿一般性鋼材鑄造而成,如果采用較大的剪力墻就可以減少相對(duì)的鋼筋使用數(shù)量,減少相應(yīng)的成本。
三、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的現(xiàn)實(shí)意義
進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中,多層住宅和高層住宅相比較,層數(shù)越多,總建筑面積增大,單位建筑面積占用的土地面積就越小,節(jié)約了用地成本,但建筑層數(shù)的增多,建筑總高度也會(huì)加大,樓與樓之間的間距也要加大,這時(shí)占用的土地節(jié)約量就不與建筑層數(shù)增加比例相同了。另如屋蓋部分,一棟樓只有一個(gè)屋蓋,并不會(huì)因?yàn)閷訑?shù)的增加而有所改變,它的成本下降會(huì)比較明顯。對(duì)于基礎(chǔ)部分而言,雖然也是各層共用的,但是層數(shù)增加,傳給基礎(chǔ)的荷載將會(huì)增大,我們需要增大基礎(chǔ),這樣單位面積的造價(jià)有所降低,但是卻沒有屋蓋的效果那樣明顯。
建筑的層高增加,由于墻體面積和柱體積增加,結(jié)構(gòu)的自重會(huì)增加,基礎(chǔ)和柱的承載力相應(yīng)增加,水衛(wèi)和電氣的管線會(huì)加長;相反降低層高,可節(jié)省材料,有利用抗震,同時(shí)建筑的總高度減小,兩建筑之間的日照距離就會(huì)減小,間接的節(jié)約了用地。建筑面積相同,建筑使用不同的平面形狀時(shí),它的外墻周長也就會(huì)不同,這樣當(dāng)選擇圓形或是越接近于方形時(shí),外墻周長系數(shù)就越小,基礎(chǔ)、外墻砌體、內(nèi)外表面裝修都隨之減少,同時(shí)其受力性能也得到提高,增強(qiáng)了建筑的經(jīng)濟(jì)性能。
結(jié)語
隨著我國人口的不斷增長,一寸土地一寸金的情況在我國也一直持續(xù)著。土地價(jià)格的飛漲要求建設(shè)單位更加嚴(yán)格的控制建設(shè)成本,這也導(dǎo)致建筑行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)越來越激烈,而優(yōu)化房屋的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是建設(shè)單位實(shí)現(xiàn)低投入高回報(bào)的有效途徑之一。 綜上所述,對(duì)于防護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化并不是從單一方向即可完成的,需要從多個(gè)方面入手系統(tǒng)的完成,同時(shí)也會(huì)涉及到安全性、合理性和節(jié)能性等多方面問題。在條件允許的情況下,應(yīng)盡可能做到對(duì)信息化輔助設(shè)備的合理利用,降低房屋的施工成本,從而使優(yōu)化目標(biāo)能夠得到更好的實(shí)現(xiàn)。需要注意的一點(diǎn)是,在實(shí)際的施工過程當(dāng)中,設(shè)計(jì)人員的優(yōu)化方案應(yīng)針對(duì)不同建筑需求、地理地貌進(jìn)行差異性選擇,切忌出現(xiàn)生搬硬套以往做法的行為,以保證優(yōu)化方案的科學(xué)性與可行性。
參考文獻(xiàn):
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