房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化及實(shí)例

【摘要】通過(guò)對(duì)建筑工程的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)處理，可以更好的實(shí)現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的整體優(yōu)化，從而達(dá)到經(jīng)濟(jì)、科學(xué)及合理的設(shè)計(jì)要求。

【關(guān)鍵詞】房屋建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；實(shí)踐

引言：房屋結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)對(duì)于整個(gè)工程建設(shè)的貢獻(xiàn)是不容忽視的。每個(gè)工程建筑想要達(dá)到的目標(biāo)就是用最少的資金投入提高整個(gè)工程結(jié)構(gòu)的堅(jiān)固性和可靠性，以至達(dá)到最大最長(zhǎng)遠(yuǎn)的經(jīng)濟(jì)效益。

1、房屋建筑工程中的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)內(nèi)容

在現(xiàn)代房屋建筑項(xiàng)工程項(xiàng)目中，進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)活動(dòng)時(shí)首先就要按照市場(chǎng)設(shè)計(jì)的規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合使用者提出的要求特點(diǎn)來(lái)進(jìn)行。同時(shí)，在設(shè)計(jì)過(guò)程中也要格外注意其設(shè)計(jì)施工技術(shù)的可操作性和經(jīng)濟(jì)效益性。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，對(duì)工程師提出了更高的要求，即需要結(jié)構(gòu)工程師對(duì)結(jié)構(gòu)和構(gòu)件受力特征有充分的把握，能根據(jù)構(gòu)件設(shè)計(jì)的合理經(jīng)驗(yàn)和規(guī)范的深刻理解，采用合理優(yōu)化方法進(jìn)行有效設(shè)計(jì)。

2、房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的必要性與經(jīng)濟(jì)性

2.1房屋建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的必要性

為了達(dá)到結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的目的，工程設(shè)計(jì)人員必須在保證結(jié)構(gòu)安全的前提下，通過(guò)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的理性分析，采用合理的優(yōu)化設(shè)計(jì)理念和方法進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，使得能有效地控制工程造價(jià)，滿足投資方的經(jīng)濟(jì)要求。通過(guò)以往的優(yōu)化設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，相比于傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，優(yōu)化設(shè)計(jì)通常可以達(dá)到降低工程造價(jià)5%～30%的目的。但是在實(shí)際的工程設(shè)計(jì)中，很多因素都制約了優(yōu)化設(shè)計(jì)的開(kāi)展和實(shí)施。比如，工程的設(shè)計(jì)進(jìn)度的要求，使得設(shè)計(jì)人員根本無(wú)暇顧及到結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)要求；再者，由于知識(shí)水平的限制，傻瓜化的設(shè)計(jì)軟件使得年輕設(shè)計(jì)人員對(duì)優(yōu)化設(shè)計(jì)的理解缺乏，更談不上有效合理的優(yōu)化設(shè)計(jì)，大部分設(shè)計(jì)人員在所謂優(yōu)化設(shè)計(jì)中總著眼于局部部位而忽略了結(jié)構(gòu)總體方案的設(shè)計(jì)，沒(méi)有從總體布局上考慮造價(jià)的控制。為此，為了降低工程造價(jià)的成本，提高設(shè)計(jì)人員在工程建設(shè)過(guò)程中對(duì)優(yōu)化設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)把握非常必要，只有加強(qiáng)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)效益的有效結(jié)合，通過(guò)合理的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，達(dá)到降低工程造價(jià)的目的，創(chuàng)造更大的社會(huì)效益。

2.2房屋建筑工程結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性

2.2.1設(shè)計(jì)師首先就要充分考慮其建筑物結(jié)構(gòu)的高度層數(shù)和用地面積，一般來(lái)說(shuō)建筑物越高，其相鄰建筑物之間安全距離就越大，這就會(huì)使得建筑物小區(qū)的總面積增大，因此在設(shè)計(jì)其結(jié)構(gòu)造型和高度層時(shí)就要合理規(guī)劃。

2.2.2在某一棟建筑物機(jī)構(gòu)的占地面積相同的情況下，根據(jù)數(shù)學(xué)知識(shí)可以發(fā)現(xiàn)方形、圓形和矩形的結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性最強(qiáng)，其構(gòu)件的受力情況也比較均勻，也就是說(shuō)其結(jié)構(gòu)的安全性就越高。再加上這種建筑結(jié)構(gòu)形狀的周長(zhǎng)也比較大，那么其墻體消耗面積就較小，使用者花費(fèi)的裝修面積和費(fèi)用都會(huì)隨之降低，因此，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)就要充分考慮方形或者是圓形結(jié)構(gòu)形狀。

2.2.3房屋建筑結(jié)構(gòu)功能齊全是建立在相關(guān)電氣設(shè)備、電梯設(shè)備、排水排氣管道設(shè)備等等基礎(chǔ)上的，房屋結(jié)構(gòu)層越多，要用到的設(shè)備和資金投入也就越多，因此，建筑設(shè)計(jì)師就必須要自己綜合權(quán)衡，確保功能齊全的基礎(chǔ)傻上，盡最大可能降低成本。第四，房屋結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的要求隨著高度層數(shù)的增加而提高，尤其是其基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的承載力。另外對(duì)于其結(jié)構(gòu)的梁體、墻體、柱體等承載力也會(huì)隨著結(jié)構(gòu)層增多而增大，因此，建筑設(shè)計(jì)師也要合理考慮這些因素。

3、房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)的幾大實(shí)踐應(yīng)用

3.1概念設(shè)計(jì)結(jié)合細(xì)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化

概念設(shè)計(jì)應(yīng)用于沒(méi)有具體數(shù)值量化的情況，例如地震設(shè)防烈度，因?yàn)樗牟淮_定性，計(jì)算式難免與現(xiàn)實(shí)有較大的差異，在進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候就要采用概念設(shè)計(jì)的方法，把數(shù)值作為輔助和參考的依據(jù)。設(shè)計(jì)過(guò)程中需要設(shè)計(jì)人員靈活的運(yùn)用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的方法，達(dá)到最佳的效果。

與宏觀把握相對(duì)應(yīng)的，設(shè)計(jì)的過(guò)程同時(shí)要注意對(duì)于細(xì)部的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化，比如現(xiàn)澆板中的異形板拐角處易出現(xiàn)裂縫，可劃分為矩形板。注意鋼筋的選擇，I級(jí)鋼和冷軋帶肋鋼市場(chǎng)價(jià)格差不多，但是他們的極限抗拉力卻相差很大，所以在塑性滿足要求的情況下，現(xiàn)澆板的受力鋼筋就可選擇冷軋帶肋鋼筋。在做里面設(shè)計(jì)的時(shí)候，外立面上的懸挑板及配筋，滿足基本的規(guī)范要求即可，達(dá)到既安全又經(jīng)濟(jì)的目的。

3.2地基基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化

地基基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化首先要選擇合適的方案，如果為樁基礎(chǔ)，那么要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件選擇樁基類型，盡量節(jié)省造價(jià)。樁端持力層對(duì)灌注樁樁長(zhǎng)的選擇影響很大，應(yīng)多進(jìn)行比較以確定最合適的方案。

獨(dú)立基礎(chǔ)設(shè)計(jì)荷載取值的優(yōu)化。鋼筋混凝土多層框架房屋多采用柱下獨(dú)立基礎(chǔ)，當(dāng)?shù)鼗饕芰臃秶鷥?nèi)不存在軟弱粘性土層時(shí)，不超過(guò)8層且高度在25m以下的一般民用框架房屋或荷載相當(dāng)?shù)亩鄬涌蚣埽环?，可不必進(jìn)行地基和基礎(chǔ)的抗震承載力驗(yàn)算。但這些房屋在基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮風(fēng)荷載的影響。因此，在鋼筋混凝土多層框架房屋的整體計(jì)算分析中，必須輸入風(fēng)荷載，不能因?yàn)樵诘卣饏^(qū)高層建筑以外的一般建筑風(fēng)荷載不起控制作用就不輸入：另一種情況是.在設(shè)計(jì)獨(dú)立基礎(chǔ)時(shí)，作用在基礎(chǔ)頂面上的外荷載柱腳內(nèi)力設(shè)計(jì)值，只取軸力設(shè)計(jì)值和彎矩設(shè)計(jì)值，無(wú)剪力設(shè)計(jì)值，或者甚至只取軸力設(shè)計(jì)值。以上兩種情況都會(huì)導(dǎo)致基礎(chǔ)設(shè)計(jì)尺寸偏小，配筋偏少，影響基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)的安全。

3.3框架梁、柱箍筋間距的優(yōu)化。對(duì)不同抗震等級(jí)的框架梁，柱箍筋加密區(qū)的最小箍筋直徑和最大箍筋間距做了明確的規(guī)定。根據(jù)這些規(guī)定.工程習(xí)慣上常取梁、柱箍筋加密區(qū)最大問(wèn)距為]00mm.非加密區(qū)箍筋最大問(wèn)距為200ram。電算程序總信息中通常也內(nèi)定梁、柱箍筋加密區(qū)問(wèn)距為100mm，并以此為依據(jù)計(jì)算出加密區(qū)箍筋面積.由設(shè)計(jì)人員要據(jù)規(guī)范確定箍筋直徑和肢數(shù)。但是.在程序內(nèi)定的條件下.當(dāng)框架梁的跨中部位有次梁或有較大的其他集中荷載作用卻僅配兩肢箍筋，此時(shí)可適當(dāng)增加箍筋直徑或加密箍筋間距。對(duì)于框架柱，當(dāng)框架內(nèi)定柱加密區(qū)箍筋間距為100mm時(shí)。在某些情況下.亦可能因非加密區(qū)箍筋問(wèn)距采用200mm引起配箍不足。

因此.我們也應(yīng)適當(dāng)增加箍筋直徑或加密箍筋間距。這里需要指出的是，梁、柱箍筋非加密區(qū)配箍驗(yàn)算時(shí)可不考慮強(qiáng)剪弱彎的要求，即剪力設(shè)計(jì)值取加密區(qū)終點(diǎn)處外側(cè)的組合剪力設(shè)計(jì)值.并且不乘以剪力增大系數(shù)。

3.4 地下室層數(shù)輸入的優(yōu)化。多層框架結(jié)構(gòu)房屋也有設(shè)置地下室的。由于隔墻少，常采用筏板式基礎(chǔ)。在電算時(shí)，應(yīng)將地下室層數(shù)和上部結(jié)構(gòu)一起輸入，并在總信息中按實(shí)際的地下室層數(shù)填寫。這樣.計(jì)算地基和基礎(chǔ)底板的豎向荷載可以一次形成，并且在抗震計(jì)算時(shí)，程序會(huì)自動(dòng)對(duì)框架底層柱底截面的彎矩設(shè)計(jì)值乘以增大系數(shù)。同時(shí)通過(guò)對(duì)層間側(cè)移剛度比的分析比較.還可以正確判斷和調(diào)整房屋的嵌固位置.并采取相應(yīng)的抗震構(gòu)造措施，保證樓板有必要的厚度和最小配筋率等 當(dāng)結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為豎向不規(guī)則時(shí).不僅要驗(yàn)算薄弱層.而且還要對(duì)薄弱層的地震剪力乘以1.5的增大系數(shù)。如果在結(jié)構(gòu)總體計(jì)算中.總信息填寫的地下室層數(shù)少于實(shí)際輸入的層數(shù)，彎矩設(shè)計(jì)值增大系數(shù)將會(huì)乘錯(cuò)位置，從而在發(fā)生地震時(shí)，會(huì)使極易發(fā)生震害的底層柱底部位因抗震能力降低而破壞。

4、結(jié)束語(yǔ)

隨著人們對(duì)于居住條件及生活環(huán)境的要求不斷提高，相應(yīng)建筑產(chǎn)品的品質(zhì)要求也就不斷提高，為了降低項(xiàng)目工程造價(jià)，這就需要我們利用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)方法，提高有限空間、有限資源的最大化效果發(fā)揮，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)化、實(shí)用性和適用性的良好目標(biāo)。

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