淺談生態(tài)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要點(diǎn)

呂宇

摘要：伴隨著當(dāng)今社會(huì)經(jīng)濟(jì)與科技飛速發(fā)展，建筑行業(yè)也在迅速發(fā)展，越來(lái)越多的新型建筑工程理念與建筑形式不斷出現(xiàn)，生態(tài)建筑就是屬于其中一種。生態(tài)建筑不僅具有一般的建筑功能，同時(shí)還能最大程度節(jié)約能源和資源，符合當(dāng)前社會(huì)發(fā)展需求。

關(guān)鍵詞：生態(tài)建筑；結(jié)構(gòu)優(yōu)化；優(yōu)化

中圖分類號(hào)：TU201文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1674-3024（2016）09-149-02

前言

從建筑工程的角度來(lái)說(shuō)，建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)是建筑工程的質(zhì)量和建筑使用期的保證基礎(chǔ)，在建筑工程發(fā)展過(guò)程中的作用十分重大。近幾年來(lái)，生態(tài)建筑工程得到了很好的發(fā)展，滿足了當(dāng)前社會(huì)人們的需求。

1.生態(tài)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化現(xiàn)實(shí)意義

1.1提高生態(tài)建筑的結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)性

建筑中選用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化能使建筑工程的造價(jià)降低6%～34%。因?yàn)閮?yōu)化方法的技術(shù)性實(shí)現(xiàn)可以合理的利用材料的性能，加大建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)部不同的單元協(xié)調(diào)性。這就在實(shí)現(xiàn)建筑的美觀、實(shí)用的基礎(chǔ)之上，節(jié)約造價(jià)，和美觀經(jīng)濟(jì)融為一體。

1.2降低工程的總造價(jià)

樓層越高，其總建筑面積越大，這樣平均下來(lái)單位建筑面積占用的土地面積就越小，從而能夠節(jié)約用地成本。不過(guò)隨著建筑層數(shù)不斷增多，建筑的總高度自然也會(huì)增加，這時(shí)為保證樓層問(wèn)通風(fēng)采光要求，樓與樓之間的間距一定會(huì)加大，這就導(dǎo)致樓層的增加不能抵消樓間距的擴(kuò)大。從基礎(chǔ)部分角度來(lái)看，雖然是各層之間共用的，但層數(shù)的增加，傳給基礎(chǔ)的荷載也會(huì)增大，所以我們需要加大基礎(chǔ)，這樣單位面積造價(jià)會(huì)降低，但卻沒(méi)屋蓋的效果明顯。

2.生態(tài)建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)問(wèn)題

2.1基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中問(wèn)題

2.1.1建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在地基基礎(chǔ)的沉降不均，其上部的結(jié)構(gòu)剛度比較大，雖能使建筑物的不均勻沉降減少，能夠改善筏板受力的狀態(tài)，但當(dāng)前情況來(lái)看，在設(shè)計(jì)上部結(jié)構(gòu)的過(guò)程當(dāng)中，沒(méi)有辦法改善存在次應(yīng)力在上部結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生的影響。例如，在進(jìn)行對(duì)樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)過(guò)程當(dāng)中，如果布樁過(guò)程中根據(jù)豎向荷載的作用，對(duì)于在彎矩作用下承臺(tái)底部邊樁所需的反力驗(yàn)算便未能考慮到。

2.1.2沒(méi)有充分利用地下的空間。在對(duì)地基基礎(chǔ)進(jìn)行設(shè)計(jì)過(guò)程當(dāng)中，沒(méi)有根據(jù)巖土工程地質(zhì)的實(shí)際情況，地下室和人防的設(shè)置包括基礎(chǔ)選型等方面的因素進(jìn)行完全的結(jié)合，因此導(dǎo)致沒(méi)有充分利用到地下空間。

2.1.3在選擇地基基礎(chǔ)的方案時(shí)，沒(méi)能全方面地考慮沉降縫設(shè)置和地下空間利用與埋深等因素。

2.1.4在地基基礎(chǔ)優(yōu)化設(shè)計(jì)的方面缺乏相關(guān)的論證報(bào)告。大部分工程都沒(méi)能夠依據(jù)實(shí)際的場(chǎng)地情況進(jìn)行合適的設(shè)計(jì)，且對(duì)項(xiàng)目中可選擇的各種地基基礎(chǔ)的方案沒(méi)能夠進(jìn)行比較選擇以及定性論證。

2.2結(jié)構(gòu)體系優(yōu)化設(shè)計(jì)

2.2.1在混凝土結(jié)構(gòu)中有大量浪費(fèi)水泥及砂石的現(xiàn)象，并且在建筑布局的方面有一定的限制，工業(yè)化的水平較低，這些都是缺點(diǎn)?；炷恋目估瓘?qiáng)度也比較低，不少結(jié)構(gòu)中的鋼筋混凝土樓板，容易出現(xiàn)裂縫的現(xiàn)象，另外混凝土結(jié)構(gòu)與鋼結(jié)構(gòu)以及木結(jié)構(gòu)比較來(lái)說(shuō)，其自重比較大，在進(jìn)行室外施工時(shí)會(huì)受到季節(jié)以及氣候的影響，新舊混凝土之間的連接較困難，因此在補(bǔ)強(qiáng)修復(fù)方面也更困難。

2.2.2從砌體結(jié)構(gòu)的體系角度來(lái)看，不少農(nóng)村建筑將樓板任意增厚，對(duì)于圈梁和構(gòu)造柱大量的設(shè)置，在混凝土中不計(jì)成本地加入鋼筋，同時(shí)在砌筑房屋過(guò)程中混合的多種材料，以致房屋剛度在豎向和橫向分布上存在嚴(yán)重不均勻現(xiàn)象，缺乏均衡建筑質(zhì)量分布，造成建筑抗震隱患的增加。同時(shí)在使用材料方面也缺乏連續(xù)性，其結(jié)果就是沒(méi)有辦法保證建筑的整體性。在配筋混凝土砌塊砌體剪力墻中配置過(guò)多的水平方向鋼筋，而且并不能使墻體抗剪能力得到明顯的提高，以致材料造成浪費(fèi)。

2.2.3我國(guó)自主所研發(fā)的輕鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件和國(guó)外軟件相比較來(lái)看有一定的差距，國(guó)外軟件為一體化軟件，結(jié)合結(jié)構(gòu)分析、結(jié)構(gòu)優(yōu)化和工程職能等功能。與此同時(shí)，在底層的住宅中，還沒(méi)有完整結(jié)構(gòu)體系的形成，主要包括成套扣配件、結(jié)構(gòu)形式的固定以及相配的材料。

2.3結(jié)構(gòu)構(gòu)件優(yōu)化設(shè)計(jì)

2.3.1在設(shè)計(jì)建筑結(jié)構(gòu)過(guò)程當(dāng)中，由于各個(gè)構(gòu)件設(shè)計(jì)不合理導(dǎo)致缺乏較高的抗力，包括鋼筋及混凝土的強(qiáng)度，混凝土的保護(hù)層厚度，構(gòu)件的高度和寬度，箍筋的間距等，因此對(duì)建筑抗震性能和其抗震的合理性產(chǎn)生影響。

2.3.2在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中大量使用一些裝飾性構(gòu)件，并且當(dāng)作構(gòu)成的要素，但是這些構(gòu)件都不具備導(dǎo)光、導(dǎo)風(fēng)、遮陽(yáng)和載物與輔助綠化等作用，在施工過(guò)程當(dāng)中，對(duì)于工業(yè)化生產(chǎn)預(yù)制構(gòu)件使用較少，造成相關(guān)工程的造價(jià)比較高。

2.3.3就論證節(jié)材優(yōu)化的方面對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件時(shí)，要綜合地考慮建筑的功能、荷載的大小以及柱網(wǎng)的跨度等因素，因此對(duì)結(jié)構(gòu)整體的優(yōu)化效果造成影響。

3.生態(tài)建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化的有效方案

3.1加大對(duì)地基實(shí)地情況的調(diào)查與研究

在進(jìn)行設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)時(shí)，都要對(duì)實(shí)地情況進(jìn)行調(diào)查和研究。并且在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)也要對(duì)地基現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)際研究和調(diào)查。主要內(nèi)容有現(xiàn)場(chǎng)的地形、地質(zhì)、水文、周邊建筑等。在調(diào)查結(jié)束后得到的數(shù)據(jù)需及時(shí)進(jìn)行整理分析，找出利弊因素，然后應(yīng)用和創(chuàng)新優(yōu)點(diǎn)，改進(jìn)克服弊端進(jìn)行。

3.2生態(tài)建筑進(jìn)行整體性和局部性的優(yōu)化

在建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，需優(yōu)化相應(yīng)每個(gè)下屬系統(tǒng)。在選擇地基基礎(chǔ)方面時(shí)，需對(duì)天然地基，復(fù)合地基和樁基礎(chǔ)等相關(guān)的地基基礎(chǔ)的方案進(jìn)行比較地選擇，并且定性論證。在選擇結(jié)構(gòu)體系時(shí)，需在建筑的高度、層數(shù)、柱網(wǎng)大小和平立面與荷載等方面當(dāng)作入手點(diǎn)，再進(jìn)行比較選擇。相對(duì)其復(fù)雜性而言，主要包括建筑材料和建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件的選擇，在進(jìn)行選擇材料時(shí)，在優(yōu)先選擇本地生產(chǎn)建筑材料時(shí)，需選擇預(yù)拌混凝土的建筑砂漿，在進(jìn)行構(gòu)件選擇時(shí)，可以選擇工業(yè)化生產(chǎn)預(yù)制構(gòu)件。所以在結(jié)構(gòu)優(yōu)化方面需從何整體入手，使整體優(yōu)化設(shè)計(jì)能夠真正實(shí)現(xiàn)。

3.3生態(tài)建筑結(jié)構(gòu)階段性優(yōu)化設(shè)計(jì)和壽命優(yōu)化設(shè)計(jì)

根據(jù)地域環(huán)境的不同，在建筑工程的使用期限之內(nèi)，在每一階段需進(jìn)行相關(guān)方案的優(yōu)化。考察每階段對(duì)建筑工程的特點(diǎn)，根據(jù)其實(shí)際的結(jié)果明確優(yōu)化的方案，使科學(xué)優(yōu)化工程整體壽命得以延續(xù)。

3.4保持生態(tài)建筑優(yōu)化和結(jié)構(gòu)優(yōu)化協(xié)調(diào)

從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)角度來(lái)說(shuō)，應(yīng)該確保建筑整體結(jié)構(gòu)的緊密配合整體平面，這樣能實(shí)現(xiàn)建筑美觀和結(jié)構(gòu)合理效果。從建筑造型來(lái)說(shuō)，應(yīng)該保持簡(jiǎn)約，且所存在裝飾性構(gòu)件較少，所以在單純追求標(biāo)志性效果而設(shè)立異型構(gòu)件，盡量不要設(shè)計(jì)。從整體結(jié)構(gòu)來(lái)看，應(yīng)當(dāng)使重心、剛心和質(zhì)心這三者保證正確地交疊，防止出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)的情況。

3.5科學(xué)優(yōu)化主體上部機(jī)構(gòu)

在優(yōu)化設(shè)計(jì)建筑上部結(jié)構(gòu)過(guò)程當(dāng)中，需將建立起相關(guān)的模型，且應(yīng)該實(shí)行系統(tǒng)優(yōu)化。從整個(gè)過(guò)程角度來(lái)看，首先應(yīng)當(dāng)合理設(shè)置剪力墻，使剪力墻整體質(zhì)量較均勻，這能夠使樓層之中平面剛度的中心點(diǎn)與樓層整體結(jié)構(gòu)重心的相重合，使地震或風(fēng)力對(duì)建筑造成的破壞性減少，使建筑的整體質(zhì)量能夠得到有效的保證。

3.6加強(qiáng)樓板設(shè)計(jì)規(guī)范

在現(xiàn)代建筑當(dāng)中，樓板是承受荷載力主體因素，所以，設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行設(shè)計(jì)之前需要重視這一點(diǎn)。這要保證樓板受力可靠性，下一步合理的預(yù)算，保證科學(xué)合理設(shè)計(jì)建筑結(jié)構(gòu)。還有一種特殊的情況，是不少建筑主次梁的剛度和荷載力相差大，這時(shí)設(shè)計(jì)人員就不可以一概而論，要分別考慮不同位置的樓板受力，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)整個(gè)樓層荷載力的方案，以此減少配筋的浪費(fèi)。樓板主要作用是首先需承受豎向荷載同時(shí)也要把荷載力傳給框架外和不同柱上。

3.7使不規(guī)則的建筑平面布置產(chǎn)生規(guī)則的結(jié)構(gòu)效應(yīng)

不同建筑體型都有不同相對(duì)比較規(guī)則結(jié)構(gòu)受力的方案。這一規(guī)定給設(shè)計(jì)師的設(shè)計(jì)造成一些困擾，設(shè)計(jì)師要保證結(jié)構(gòu)的荷載中心和剛度中心盡可能地接近甚至重合起來(lái)，那這棟建筑結(jié)構(gòu)可以是基本具備穩(wěn)定和規(guī)則條件。在同等條件下，如樓層平面的面積越大，其內(nèi)部可分隔空間就會(huì)越多，這樣就會(huì)有更多有利的條件做到規(guī)則結(jié)構(gòu)的布置，以此為建筑結(jié)構(gòu)整體的穩(wěn)定性和安全度提供保障。

4.結(jié)語(yǔ)

在生態(tài)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程當(dāng)中，應(yīng)該對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，使生態(tài)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能與生態(tài)化的要求更加貼合，讓建筑結(jié)構(gòu)的科學(xué)行、合理性加強(qiáng)，使生態(tài)建筑工程能更好地使用，促進(jìn)建筑行業(yè)蓬勃向上發(fā)展。