建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)探析

摘 要：隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，建筑業(yè)也有了長(zhǎng)足的進(jìn)步與創(chuàng)新，在各類建筑中，需要良好的設(shè)計(jì)才能保證建筑的質(zhì)量，確保建筑美觀與穩(wěn)定。那么，在建筑業(yè)中，對(duì)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)非常關(guān)鍵，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在很大程度上直接關(guān)系到工程整體的造價(jià)及施工進(jìn)展，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成為業(yè)內(nèi)最為關(guān)注的課題。文章主要通過對(duì)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)基本原則的分析，全面提出高層剪力墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案與措施，以此提升建筑品質(zhì)。

關(guān)鍵詞：優(yōu)化設(shè)計(jì)；剪力墻結(jié)構(gòu)；結(jié)構(gòu)延性

1 概述

市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，使企業(yè)面臨效益最大化的問題，隨著經(jīng)濟(jì)全面調(diào)整與不斷完善，建筑業(yè)要想獲取高額回報(bào)，需要付出較多的努力，通過細(xì)節(jié)贏得市場(chǎng)，保證企業(yè)形象。房屋建造商對(duì)建筑物經(jīng)濟(jì)性能越來越重視，只有全面設(shè)計(jì)好建筑，才能有市場(chǎng)，才能被業(yè)主喜愛，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，安全穩(wěn)定是第一要素，是一個(gè)絕對(duì)不能忽視的關(guān)鍵問題。如何使用較少的材料，較低的造價(jià)建造出滿足規(guī)范和使用要求的建筑，是企業(yè)追求的更高目標(biāo)，也是努力的方向。

建筑物的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)不是普通的減少混凝土和鋼筋數(shù)量，就能完成的，需要通過科學(xué)的預(yù)算，在結(jié)構(gòu)上滿足施工整體需求，在合理科學(xué)的調(diào)整構(gòu)件剛度關(guān)系基礎(chǔ)上，通過對(duì)各構(gòu)件受力特點(diǎn)，找到他們存在的相互支撐關(guān)系，挖掘出它們各自長(zhǎng)處，確保建筑整體上的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化的根本目標(biāo)。

2 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)基本原則

實(shí)踐證明，建筑結(jié)構(gòu)有優(yōu)化設(shè)計(jì)相比傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，不論是施工進(jìn)度還是工程質(zhì)量均有所提升，最主要的是保證了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，通過優(yōu)化設(shè)計(jì)形成的建筑通常可以達(dá)到降低工程造價(jià)5%～30%的目標(biāo)。在建筑結(jié)構(gòu)處理上，不能簡(jiǎn)單應(yīng)對(duì)，需要科學(xué)計(jì)算出結(jié)構(gòu)間的關(guān)系，通過結(jié)構(gòu)上的優(yōu)化，使設(shè)計(jì)更加符合建筑需要，達(dá)到整體穩(wěn)定安全的長(zhǎng)效機(jī)制，那么，在建筑結(jié)構(gòu)處理上，需要把握好幾個(gè)原則：

2.1 提高建筑舒適度原則

建筑是用來生活與工作的，那么建筑的根本目標(biāo)就是舒服，在對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，一定要充分考慮到這一點(diǎn)，特別是在結(jié)構(gòu)體系優(yōu)選、傳力途徑科學(xué)性、構(gòu)件布置合理性、構(gòu)件材料選用等方面有一個(gè)良好的規(guī)劃與統(tǒng)籌，只有正確的選擇好結(jié)構(gòu)方向，才能確保建筑符合要求，形成正確的建設(shè)導(dǎo)向和內(nèi)容。在把握結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要素上，要全面考慮到提高建筑舒適性為主，這樣投入使用后，才能證明結(jié)構(gòu)優(yōu)化達(dá)到了預(yù)期，這是一條基礎(chǔ)原則。

2.2 建筑結(jié)構(gòu)整體安全度原則

結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)不能出現(xiàn)偷工減料的情況，優(yōu)化也不是減少投入，是在全面考慮整體建筑不同位置構(gòu)件關(guān)系基礎(chǔ)上，使各個(gè)結(jié)構(gòu)間形成穩(wěn)定性，確保結(jié)構(gòu)體系構(gòu)件可靠安全，結(jié)構(gòu)上的安全非常重要，在經(jīng)濟(jì)合理中把握好投入與產(chǎn)出比，最終達(dá)到建筑結(jié)構(gòu)既安全耐用又經(jīng)濟(jì)合理總目標(biāo)。

2.3 建筑平面布置產(chǎn)生規(guī)則結(jié)構(gòu)效應(yīng)原則

建筑在受力原理上，關(guān)系結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，一般情況下，規(guī)則建筑物從體型和平面布置結(jié)構(gòu)上看，其受力原理單純，在工程投入上也相對(duì)少一些，但當(dāng)前，隨著經(jīng)濟(jì)保有量的增長(zhǎng)和人們審美需求的增加，一般規(guī)則型建筑無(wú)法滿足人們的需要，在設(shè)計(jì)上就需要通過多種類型、多種形態(tài)進(jìn)行呈現(xiàn)，特別是建筑在使用功能上不同，就要求建筑體型和平面布置是豐富多樣的。在進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化中，就要從多方面考慮，通過對(duì)結(jié)構(gòu)墻、柱合理的布局，以及墻肢長(zhǎng)短做好應(yīng)用調(diào)節(jié)，保證不規(guī)則的建筑樣式得以呈現(xiàn)。

2.4 不同構(gòu)件結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)原則

建筑除了使用功能外，最主要的是安全，那么在進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員需要嚴(yán)格把握好安全原則，通過對(duì)建筑功能、體積、周邊等情況的分析，使建筑結(jié)構(gòu)整體概念更加清晰，然后再采用合理優(yōu)化設(shè)計(jì)理念和方法做好全面的規(guī)劃設(shè)計(jì)，確保一定范圍的投資，形成更高的回報(bào)效果，全面滿足投資需要。

3 高層剪力墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

城市內(nèi)的高層建筑越來越多，高層建筑建設(shè)規(guī)模不斷提高，在高層建筑技術(shù)中，剪力墻結(jié)構(gòu)應(yīng)用非常廣泛，也是高層建筑中最常采用的一種結(jié)構(gòu)形態(tài)，這種設(shè)計(jì)施工有明顯的優(yōu)勢(shì)，表現(xiàn)在整體性好、側(cè)向剛度大、水平力作用側(cè)移小、沒有梁柱外露與凸出、便于房間布置，但也存在一些困擾難題，如剪切變形相對(duì)較大、平面外較為薄弱等不足，需要在建設(shè)時(shí)，科學(xué)把握，靈活施工，才能克服不足，確保建筑穩(wěn)定與安全性提高。

3.1 減少剪力墻材料的用量、節(jié)約造價(jià)

剪力墻材料用量較多，這是建筑的結(jié)構(gòu)材料用量核心部分，在對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化時(shí)，一定要在減少剪力墻結(jié)構(gòu)材料方向入手，從正確的角度切入，才能有效提高優(yōu)化質(zhì)量。剪力墻材料用量多少，主要是受到幾何因素的長(zhǎng)和厚影響，那么，我們?cè)谶M(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化時(shí)，就需要考慮哪些可以優(yōu)化，哪些是不可動(dòng)原則，為保證結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，剪力墻結(jié)構(gòu)中的長(zhǎng)度不能變，一定要按照規(guī)范要求做好設(shè)置，不能隨意進(jìn)行減短處置，否則影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。通過總結(jié)，剪力墻設(shè)計(jì)在穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，可以進(jìn)行減薄設(shè)計(jì)，全面進(jìn)行優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)減少剪力墻材料用量和工程整體造價(jià)的目標(biāo)。

高層的剪力墻結(jié)構(gòu)，墻柱主要是使用鋼筋，其全部用量占工程材料50%～70%之間，只有在這方面進(jìn)行優(yōu)化，才能實(shí)現(xiàn)造價(jià)減少的目的，這是優(yōu)化重點(diǎn)內(nèi)容，墻柱配筋也非常關(guān)鍵，需要保證滿足要求前提下，通過規(guī)范取值，減少材料投入。梁用鋼量占8%～20%，雖然看似比例不多，但布置好壞直接影響著板含鋼量強(qiáng)度，建筑中板含鋼量一般需要保證在15%～20%之間，通過以上分析，我們看到，能優(yōu)化的部分需要良好處置，才能確保建筑穩(wěn)定與經(jīng)濟(jì)效益。

3.2 剪力墻結(jié)構(gòu)連梁優(yōu)化設(shè)計(jì)

高層剪力墻結(jié)構(gòu)連梁，在構(gòu)件使用上，占比較大，同時(shí)也消耗了大多數(shù)的構(gòu)件，剪切破壞對(duì)結(jié)構(gòu)抗震產(chǎn)生極為不利的影響，并會(huì)極大地降低結(jié)構(gòu)體系的延性。所以說，高層剪力墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，需要提前做好連梁強(qiáng)剪弱彎驗(yàn)算的科學(xué)性，只有這樣，才能保證連梁剪切破壞晚于彎曲破壞時(shí)差。如果需要人為加大連梁縱筋，那么就需要在科學(xué)計(jì)算依據(jù)前提下，進(jìn)行操作，這樣才能滿足強(qiáng)剪弱彎標(biāo)準(zhǔn)。

高層的住宅關(guān)系到人們的生命財(cái)產(chǎn)安全，進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)把握時(shí)，不能簡(jiǎn)單的使用大剛度窗下墻作連梁，需要通過良好地，把連梁設(shè)計(jì)成截面、剛度小的弱連梁，這樣才能滿足使用要求。

3.3 剪力墻結(jié)構(gòu)延性設(shè)計(jì)

剪力墻結(jié)構(gòu)有自身的特性，只有掌握了長(zhǎng)處與短處，才能正確發(fā)揮好設(shè)計(jì)優(yōu)化，保證剪力墻結(jié)構(gòu)合理。在建筑設(shè)計(jì)中，剪力墻主要由整體墻、整體小開口墻和聯(lián)肢墻三種形態(tài)。整體墻受力較大，要加大底部截面組合設(shè)計(jì)，提高或加大配筋率；聯(lián)肢墻是連梁連接起來的剪力墻，聯(lián)肢墻破壞形態(tài)以強(qiáng)墻肢弱連梁為宜，塑性變形和耗能能夠進(jìn)行分散。

要想從根本上避免脆性破壞，一定要限制墻肢或連梁平均剪應(yīng)力與混凝土軸壓比系數(shù)，做到設(shè)計(jì)值符合工程要求。一、二、三級(jí)剪力墻軸壓比超過一定數(shù)值，必須設(shè)置約束邊緣構(gòu)件，這樣才能確保結(jié)構(gòu)的安全。

3.4 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件運(yùn)用

當(dāng)前，電子科技的發(fā)展，使建筑業(yè)不斷融入新技術(shù)，形成創(chuàng)新性設(shè)計(jì)。計(jì)算仿真優(yōu)化設(shè)計(jì)思路在業(yè)內(nèi)引起廣泛關(guān)注，一些設(shè)計(jì)已經(jīng)完成導(dǎo)入了仿真設(shè)計(jì)。通過利用計(jì)算機(jī)分析軟件建立優(yōu)化設(shè)計(jì)分析模型，然后再通過計(jì)算機(jī)優(yōu)化計(jì)算方法，做好受力調(diào)整，使建筑結(jié)構(gòu)更加優(yōu)化合理，達(dá)到使用目標(biāo)要求，減少了投入，最終實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化。

4 結(jié)束語(yǔ)

建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)通過滿足重量、造價(jià)、剛度等要求，這是當(dāng)前對(duì)建筑設(shè)計(jì)的最佳設(shè)計(jì)思路，通過方案和做法的優(yōu)化，形成目標(biāo)優(yōu)選，滿足經(jīng)濟(jì)效益，減少資金投入，確保企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的實(shí)現(xiàn)。

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