房建建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)分析

緱少鵬

[摘 要]對(duì)于現(xiàn)代的建筑來說，建筑不僅要具有必要的使用價(jià)值，而且還要具有一定的美觀。安全、便于施工、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用以及美觀是我們對(duì)房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，必須要考慮的五個(gè)基本問題，也就要求我們必須對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行相應(yīng)的優(yōu)化，以使得空間資源的合理利用，盡量使得房屋結(jié)構(gòu)合理、安全、可靠。本文將對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化方法進(jìn)行相關(guān)的介紹，并對(duì)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)用進(jìn)行進(jìn)行簡(jiǎn)要的闡述。希望通過本文的相關(guān)介紹，讓讀者對(duì)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)用有所認(rèn)識(shí)。

[關(guān)鍵詞]建筑 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 房屋結(jié)構(gòu) 優(yōu)化方法

中圖分類號(hào)：U965 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2016）07-0154-01

1 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化目的

建筑物除了其本身的使用功能外，其外形設(shè)計(jì)也能夠讓人們賞心悅目的欣賞。所以建筑師在設(shè)計(jì)建筑物的時(shí)候，不僅僅要考慮到建筑物的使用功能，還要考慮到建筑物的外形設(shè)計(jì)。這就要求結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和建筑的施工技術(shù)能夠相互協(xié)調(diào)、配合。在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的時(shí)候，其主要目標(biāo)是安全、適用、經(jīng)濟(jì)、美觀和施工簡(jiǎn)單。而所謂的建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，就是在原有的建筑物工程結(jié)構(gòu)滿足施工約束條件下，按照預(yù)設(shè)的目標(biāo)尋找出最適合、最經(jīng)濟(jì)的施工方案的設(shè)計(jì)方法。優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不僅可以滿足人們對(duì)于建筑外形的美觀要求，還可以令建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)滿足經(jīng)濟(jì)適用建筑的條件，例如令建筑物的設(shè)計(jì)變得合理、提高建筑物的安全性能、降低建筑物的施工成本等等。一般來說，優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容主要是優(yōu)化建筑物工程的總體結(jié)構(gòu)和建筑物工程的部分結(jié)構(gòu)。此外，在進(jìn)行建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的過程中，應(yīng)該要以符合設(shè)計(jì)規(guī)范和建筑物使用要求的前提下，一切設(shè)計(jì)以實(shí)際情況為基準(zhǔn)，以最大程度提高建筑物的綜合效益為目標(biāo)。

2 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案優(yōu)化的主要內(nèi)容

2.1 建筑物結(jié)構(gòu)周期性的折減系數(shù)

對(duì)建筑物的框架結(jié)構(gòu)和頂蓋等結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，計(jì)算周期一般會(huì)比實(shí)際周期大，因?yàn)樵谑┕r(shí)，由于填充墻體的存在會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的實(shí)際表現(xiàn)剛度大于設(shè)計(jì)剛度。所以一旦計(jì)算出建筑物的結(jié)構(gòu)剪力偏小，會(huì)導(dǎo)致建筑物的部分結(jié)構(gòu)安全性能降低，這時(shí)候就需要對(duì)建筑物的結(jié)構(gòu)進(jìn)行適當(dāng)?shù)闹芷谛哉蹨p計(jì)算。但對(duì)于建筑物的框架結(jié)構(gòu)是不適合進(jìn)行折減計(jì)算或把折減系數(shù)取小的。

2.2 優(yōu)化建筑物耐久性設(shè)計(jì)

在很多混凝土的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中都沒有全面、綜合地考慮到建筑物的耐久性，從而導(dǎo)致有許多建筑設(shè)計(jì)都未能達(dá)到當(dāng)初的設(shè)計(jì)目標(biāo)。當(dāng)建筑物的設(shè)計(jì)者遇到建筑物的其他使用功能要求或是施工技術(shù)指標(biāo)上升為設(shè)計(jì)建筑物的主要矛盾時(shí)，設(shè)計(jì)師就要放棄建筑物對(duì)經(jīng)濟(jì)的單純追求，這時(shí)候往往需要根據(jù)建筑物設(shè)計(jì)所需要解決的重要性問題，挑選出適合的目標(biāo)來進(jìn)行優(yōu)化，才能達(dá)到滿意的優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的效果和目的。

3 房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與經(jīng)濟(jì)的關(guān)系

3.1房屋建筑結(jié)構(gòu)的層數(shù)與用地面積之間的關(guān)系。如果只是對(duì)某一個(gè)建筑物進(jìn)行分析，建筑結(jié)構(gòu)隨著層數(shù)的增加其所用地面積是越來越少，但實(shí)際的情況卻是，當(dāng)房屋筑結(jié)構(gòu)層數(shù)增加時(shí)，建筑物高度也是隨之上升的，相鄰建筑物之間的間距就會(huì)增大，因此建筑物單位總建筑面積所使用土地面積就也是增加了。實(shí)際上建筑物的所需的總的用地面積與建筑物的層數(shù)并不存在著必然的關(guān)系的，所以在我們應(yīng)用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)時(shí)，就要協(xié)調(diào)好建筑物用地面積與建筑物層數(shù)之間的關(guān)系。

3.2房屋建筑結(jié)構(gòu)的體型設(shè)計(jì)與經(jīng)濟(jì)之間的關(guān)系。在建筑物的總面積是相同的前提下，平面形狀為方形的或是圓形的它的周長(zhǎng)就越長(zhǎng)，并且前期所消耗的墻體面積越少，那么后期所需要裝修投入就也會(huì)越低。并且通過對(duì)比分析，我們發(fā)現(xiàn)平面形狀為方形的建筑物或是圓形的建筑物的內(nèi)部構(gòu)件的結(jié)構(gòu)都很穩(wěn)固，并且受力狀況也更加穩(wěn)定，所以在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，房屋建筑的平面形狀建議選擇方形的或是圓形的。

3.3房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與建筑設(shè)備之間的經(jīng)濟(jì)關(guān)系。在建造房屋建筑時(shí)是需要很多電氣設(shè)備材料以及給水排水管道的，隨著建筑的樓層數(shù)越來越多，所需要的給水排水管道就會(huì)越來越多，并且需要的電氣設(shè)備材料也就越多，那么整個(gè)工程的造價(jià)成本肯定會(huì)大幅度的提高。

3.4房屋建筑結(jié)構(gòu)分部結(jié)構(gòu)與建筑物層數(shù)間的關(guān)系。所有的房屋建筑物都是要共用一個(gè)屋蓋的，因此當(dāng)建筑物層數(shù)的逐層增加時(shí)，屋蓋部分的單位成本實(shí)際上是在逐步下降的。但是對(duì)于房屋建筑的基礎(chǔ)部分就不一樣了，即使也共用一個(gè)基礎(chǔ)部分，當(dāng)建筑物層數(shù)增加時(shí)，由于基礎(chǔ)部分所受的荷載越來越大，所以基礎(chǔ)部分就應(yīng)提高構(gòu)件的承載能力，因此基礎(chǔ)部分的設(shè)計(jì)成本也是隨之增加的。另外房屋建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)部的梁、柱、墻等承重構(gòu)件隨著建筑物層數(shù)的增加，其所要面對(duì)的實(shí)際情況十分復(fù)雜，設(shè)計(jì)時(shí)就必須多采取一些提高其實(shí)際承載能力的方法，這樣就會(huì)增加這些基礎(chǔ)構(gòu)件的實(shí)際設(shè)計(jì)成本。對(duì)于房屋建筑結(jié)構(gòu)中不同的分部部分，隨著建筑物層數(shù)的增加其施工的成本的變化情況也是有所不同的。

4 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的基本步驟

通常在對(duì)設(shè)計(jì)變量進(jìn)行選擇時(shí)，我們把對(duì)建筑結(jié)構(gòu)影響的主要參數(shù)作為設(shè)計(jì)變量。如目標(biāo)控制的相關(guān)參數(shù)（損失的期望C2和結(jié)構(gòu)的造價(jià)Cl）和約束控制相關(guān)參數(shù)（結(jié)構(gòu)的可靠度PS）等；然而還有一些影響不是太大其變化范圍也不是很大或者由局部性以及結(jié)構(gòu)的相關(guān)要求就能夠滿足相應(yīng)的設(shè)計(jì)要求的一些參數(shù)，我們可以用預(yù)定參數(shù)來表示這樣能夠使得我們的設(shè)計(jì)量、計(jì)算量以及編制程序的工作量均大大減小。在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的時(shí)候，我們還必須尋找一組能夠滿足相關(guān)的預(yù)定條件的截面相應(yīng)的幾何尺寸、鋼筋的截面積以及相應(yīng)的失效的概率的函數(shù)使得工程造價(jià)最少。對(duì)于房屋的結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)優(yōu)化來說，必須確保結(jié)構(gòu)的可靠度，來對(duì)優(yōu)化設(shè)計(jì)相關(guān)的約束條件進(jìn)行相應(yīng)的確定，設(shè)計(jì)優(yōu)化的約束條件主要包括裂縫寬度約束、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度約束、尺寸約束、構(gòu)件單元約束、應(yīng)力約束、結(jié)構(gòu)體系約束、從可靠指標(biāo)約束到確定性約束條件以及從正常使用極限狀態(tài)下的彈性約束到最終極限狀態(tài)的彈塑性約束等約束條件。在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的時(shí)候確保每個(gè)約束條件都必須滿足相關(guān)要求，以實(shí)現(xiàn)最佳的設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)過程中必須對(duì)細(xì)部的結(jié)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)計(jì)優(yōu)化，例如在現(xiàn)澆的混凝土異形的板料，其拐彎處容易開裂我們可以簡(jiǎn)化成矩形板然后再合理的選擇鋼筋在滿足其結(jié)構(gòu)的基本要求條件下，達(dá)到既安全又經(jīng)濟(jì)的目的。

5 結(jié)語

綜上所述，對(duì)于現(xiàn)代化的建筑設(shè)計(jì)來講，不僅需要確保其基本的使用價(jià)值和功能性，同時(shí)針對(duì)外觀的設(shè)計(jì)還應(yīng)當(dāng)具有一定的美觀性，以進(jìn)一步的增強(qiáng)整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)方案的價(jià)值。另外便于施工操作、安全、可靠、實(shí)用以及經(jīng)濟(jì)，是當(dāng)前城市建設(shè)對(duì)于建筑項(xiàng)目的基本要求，在實(shí)踐的項(xiàng)目當(dāng)中還應(yīng)當(dāng)全面的對(duì)整個(gè)項(xiàng)目的水準(zhǔn)進(jìn)行優(yōu)化，以求對(duì)空間和相關(guān)資源的合理利用盡可能的增強(qiáng)建筑的可靠性和安全性，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的合理性。隨著人們的生活水準(zhǔn)不斷提升，對(duì)于建筑的安全性和實(shí)用性要求也在不斷的提高所以還需要充分的運(yùn)用現(xiàn)有資源使得設(shè)計(jì)的水準(zhǔn)和效益得到不斷的增強(qiáng)。針對(duì)房屋的經(jīng)濟(jì)性設(shè)計(jì)，需要在確保了安全性與合理性的基礎(chǔ)之上加強(qiáng)整個(gè)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)美觀性對(duì)方案進(jìn)行不斷的優(yōu)化，促進(jìn)工作的改進(jìn)。

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