簡(jiǎn)要闡述建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

王志峰

摘要：建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)是節(jié)約工程造價(jià)的一個(gè)重要手段，同時(shí)也關(guān)系著建筑物的安全性以及投資效益最大化的實(shí)現(xiàn)。本文通過(guò)對(duì)結(jié)構(gòu)方案、結(jié)構(gòu)材料、結(jié)構(gòu)計(jì)算以及與其他專業(yè)的協(xié)調(diào)等四個(gè)方面，簡(jiǎn)要對(duì)建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞：優(yōu)化設(shè)計(jì)；建筑結(jié)構(gòu)；材料方案

目前在我國(guó)的建筑設(shè)計(jì)中，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)具有重要的意義。建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的突出表現(xiàn)和最終目的，是為了降低工程的造價(jià)，這是比較狹義上的說(shuō)法，但是在現(xiàn)實(shí)中對(duì)建設(shè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化，主要指的是廣義的說(shuō)法，在降低工程造價(jià)的同時(shí)，保證其建筑五的安全性，在利益最大化和質(zhì)量保證中找到一個(gè)最優(yōu)的平衡點(diǎn)，這就是目前建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的意義所在。

一、結(jié)構(gòu)方案上的優(yōu)化

在建筑機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中，結(jié)構(gòu)方案的優(yōu)化是設(shè)計(jì)優(yōu)化的基礎(chǔ)和保證。對(duì)建筑設(shè)計(jì)者而言，所能采用的建筑結(jié)構(gòu)方案往往不是唯一的，但是不同的結(jié)構(gòu)方案的選擇，其所耗費(fèi)的過(guò)程造價(jià)和實(shí)際的過(guò)程質(zhì)量也是不同的，為了實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的最終目的，就必須要選擇一個(gè)最優(yōu)的結(jié)構(gòu)方案，實(shí)現(xiàn)架構(gòu)方案的優(yōu)化。

（一）從整體上處理好各要素之間的關(guān)系

這里所說(shuō)的整體，就是將結(jié)構(gòu)的總體方案放置于特定的建筑空間中，同時(shí)要處理好每個(gè)要素之間的關(guān)系，包括結(jié)構(gòu)與構(gòu)件之間的關(guān)系，充分考慮結(jié)構(gòu)和構(gòu)件在整體上的最佳受理狀態(tài)，從而使結(jié)構(gòu)具備更高的承載力以及良好的剛度和延展性。

優(yōu)化結(jié)構(gòu)的受力與傳力途徑

結(jié)構(gòu)受力的優(yōu)化主要是要考慮簡(jiǎn)單的傳力途徑，傳力途徑過(guò)于復(fù)雜，就會(huì)使結(jié)構(gòu)構(gòu)件出現(xiàn)多次轉(zhuǎn)換，而這種轉(zhuǎn)換過(guò)程必然會(huì)增加工程的造價(jià)，同時(shí)也有可能出現(xiàn)計(jì)算上的錯(cuò)誤從而出現(xiàn)相應(yīng)的安全問(wèn)題。因此采用簡(jiǎn)單的傳力途徑，不僅可以減少結(jié)構(gòu)構(gòu)件的轉(zhuǎn)換次數(shù)，降低計(jì)算錯(cuò)誤的安全風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)也可以提高工程造價(jià)的積極性。

（三）保證整個(gè)結(jié)構(gòu)的協(xié)調(diào)一致性

在結(jié)構(gòu)方案的設(shè)計(jì)上一定要充分考慮整體結(jié)構(gòu)中的每一個(gè)構(gòu)件，使其結(jié)構(gòu)構(gòu)件可以在整體上實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)一致性，發(fā)揮出整體上的最大效應(yīng)，以確保實(shí)現(xiàn)建筑規(guī)范所規(guī)定的設(shè)計(jì)目標(biāo)要求，從而實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上的優(yōu)化。

（四）避免結(jié)構(gòu)上的扭轉(zhuǎn)

結(jié)構(gòu)上出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)的原因一般都是由于結(jié)構(gòu)平面布置中抗側(cè)力的剛度中心跟建筑物的質(zhì)量重心或者是外力作用重心相偏離而導(dǎo)致的，這種扭轉(zhuǎn)所消耗的材料量是很大的，同時(shí)也會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)的不安全因素，因此在結(jié)構(gòu)方案中主要加以重視和避免。

二、建筑結(jié)構(gòu)材料上的優(yōu)化

處于對(duì)建筑結(jié)構(gòu)中的經(jīng)濟(jì)性和安全性的雙重考慮，對(duì)結(jié)構(gòu)材料的要求也就比較高，在材料的選擇上需要質(zhì)量好同時(shí)經(jīng)濟(jì)合理的材料，同時(shí)在材料的使用上充分考慮材料的受力特點(diǎn)和力學(xué)性能，應(yīng)盡量做到物盡其用，優(yōu)化合理。例如在鋼筋混凝土的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，出于對(duì)鋼筋混凝土材料中的高抗壓性考慮，應(yīng)該采用高標(biāo)號(hào)的混凝土用于以受壓為主的柱子，這樣不但可以增加建筑使用的空間，減少構(gòu)件的截面，同時(shí)也能減輕結(jié)構(gòu)自身的重量。對(duì)于梁板而言，應(yīng)該采用高強(qiáng)度的鋼筋，因?yàn)殇摻畹捻g性較好，比較受彎，同時(shí)使用高強(qiáng)度的鋼筋也為了減少鋼筋的用量。此外，在鋼筋混凝土材料的使用上要注意鋼筋與混凝土之間的強(qiáng)度匹配，在實(shí)現(xiàn)材料最大性能發(fā)揮的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)對(duì)材料的合理利用與節(jié)省，從而實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)上的優(yōu)化設(shè)計(jì)。在實(shí)際的建筑施工建設(shè)中，因?yàn)榻ㄖ牧系倪x擇和使用上出現(xiàn)問(wèn)題而造成資金和材料上的浪費(fèi)情況的很多。例如在混凝土的現(xiàn)澆板中，經(jīng)常出現(xiàn)混凝土的標(biāo)號(hào)過(guò)高的情況，高標(biāo)號(hào)的混凝土在其并不能很好的發(fā)揮其高強(qiáng)度的特性，而且為了配合混凝土的高標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于板中的鋼筋量也隨之增加，因此不但造成了鋼筋使用的浪費(fèi)，也在增加了工程的造價(jià)。

三、結(jié)構(gòu)計(jì)算上的優(yōu)化

結(jié)構(gòu)計(jì)算的優(yōu)化同樣也是建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中的重要組成部分，針對(duì)結(jié)構(gòu)計(jì)算的優(yōu)化方面，要充分考慮下面幾個(gè)方面的問(wèn)題：

（一）不能盲目的依賴計(jì)算機(jī)

目前在建設(shè)結(jié)構(gòu)的計(jì)算一般利用的都是計(jì)算機(jī)，但是計(jì)算機(jī)的使用并不是很萬(wàn)無(wú)一失的，由于計(jì)算軟件上存在的缺陷而出現(xiàn)的計(jì)算錯(cuò)誤時(shí)有發(fā)生，因此設(shè)計(jì)計(jì)算人員不能盲目的依賴計(jì)算機(jī)的計(jì)算，在使用計(jì)算機(jī)的同時(shí)，要對(duì)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算程度的基本理論研究清楚，同時(shí)要明確計(jì)算程序的限制條件和應(yīng)用范圍，從而得到正確的計(jì)算結(jié)果。

（二）對(duì)數(shù)據(jù)的認(rèn)真核對(duì)

在對(duì)數(shù)據(jù)認(rèn)真計(jì)算的同時(shí)，也要對(duì)輸入后的構(gòu)建尺寸、幾何圖形以及相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行認(rèn)真的核對(duì)，達(dá)到準(zhǔn)確無(wú)誤，盡可能的避免輸入錯(cuò)誤、計(jì)算錯(cuò)誤或者是計(jì)算分析結(jié)果上的錯(cuò)誤而出現(xiàn)的誤差。有些誤差看上去很小，但是在建筑施工后體現(xiàn)出現(xiàn)的實(shí)際影響是巨大的，同時(shí)也會(huì)影響設(shè)計(jì)結(jié)果的經(jīng)濟(jì)性和安全性。

（三）注意實(shí)際結(jié)構(gòu)與計(jì)算模型的差異

通過(guò)計(jì)算機(jī)的模擬計(jì)算所得出的計(jì)算模型是建立在計(jì)算理論和設(shè)計(jì)程序之上的，而實(shí)際中的建筑結(jié)構(gòu)所受到的影響因素是比較多同時(shí)難以計(jì)算的，這就意味計(jì)算模式和實(shí)際機(jī)構(gòu)之間必然會(huì)存在一定程度上的差異，這種差異在結(jié)構(gòu)計(jì)算中是必須要考慮在內(nèi)的，否則就會(huì)影響計(jì)算結(jié)果以及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的正確性。

四、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與其他專業(yè)的協(xié)調(diào)

在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，要實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的優(yōu)化，有時(shí)還要注重跟其他專業(yè)之間的協(xié)調(diào)，筆者在下文中以排水專業(yè)和電氣專業(yè)為例，簡(jiǎn)要的談?wù)摻ㄖY(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與其他專業(yè)之間的協(xié)調(diào)。

（一）結(jié)構(gòu)與給排水專業(yè)的協(xié)調(diào)

首先水泵間應(yīng)盡可能的設(shè)置在建筑的地下室，這是由于給排水專用建筑中的設(shè)備較重，必須要選擇承載量較大的房間；在給排水房間中的預(yù)留孔和預(yù)埋見的尺寸和位置都必須要準(zhǔn)確，同時(shí)要注重要樓板孔的加強(qiáng)，并且要避免水平的管道管過(guò)建筑梁柱；當(dāng)管道穿過(guò)承重墻上必須要做好相應(yīng)的加固措施；同時(shí)在建筑設(shè)計(jì)中要充分考慮建筑的樓面負(fù)荷，避免將過(guò)多的管道出現(xiàn)在同一類的房間，從而出現(xiàn)承重超載。

（二）結(jié)構(gòu)與電氣專業(yè)協(xié)調(diào)

在電氣管線的設(shè)置上，如果實(shí)現(xiàn)對(duì)管線在樓板內(nèi)的暗裝比較困難的，可以采取將垂直管線在預(yù)制時(shí)將建筑房梁孔洞預(yù)留，并且要保證房梁的寬度和墻體的厚度盡可能的一致，從而確保穿梁的帶暖氣管線不會(huì)外露；在對(duì)電梯機(jī)房的設(shè)置上，由于該建筑中的預(yù)埋見和空洞較多，從而增大了所需的荷載量，需要對(duì)該房間強(qiáng)度進(jìn)行單獨(dú)計(jì)算。

綜上所述，建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)是一個(gè)比較科學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程，因?yàn)橛绊懝こ淘靸r(jià)和建筑質(zhì)量的因素有很多，所以在實(shí)際的建筑機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中，一定要充分的考慮各方面的因素，在每個(gè)細(xì)節(jié)上都力求優(yōu)化，才能實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的最終目的。

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