鄭伯：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)用研究

鄭伯

摘要：現(xiàn)階段，我國的經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，人們的生活水平逐漸的提高，建筑工程的發(fā)展也日新月異。建筑行業(yè)的市場競爭也越發(fā)激烈，為了確保企業(yè)能夠在如此激烈的競爭環(huán)境下占有一起之地，企業(yè)要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行相關(guān)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)優(yōu)化以為業(yè)主提供更優(yōu)質(zhì)的環(huán)境。將結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)不但可以保證房屋的質(zhì)量安全，同時(shí)能夠減少資金投入，對于企業(yè)以及業(yè)主來說一舉兩得。本文通過對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用進(jìn)行探討，以供相關(guān)人士參考。

關(guān)鍵詞：建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；優(yōu)化方法；房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；應(yīng)用研究

1尺寸優(yōu)化

尺寸優(yōu)化主要是優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)的尺寸，提高建筑結(jié)構(gòu)各部件尺寸和應(yīng)力的準(zhǔn)確性。一般情況下，尺寸優(yōu)化的變量是建筑各部件的橫截面積、應(yīng)力、厚度，優(yōu)化的計(jì)算方法是有限元計(jì)算。在優(yōu)化時(shí)不需要重新劃分建筑網(wǎng)格，只需結(jié)合使用建筑敏度分析、數(shù)學(xué)規(guī)劃方法便可。如將200mm厚剪力墻的墻肢長度控制在1650mm或1700mm，以避免出現(xiàn)短肢剪力墻。這種做法不僅違背剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本原則，同時(shí)由于墻肢兩端需要設(shè)置邊緣構(gòu)件，連梁配筋也大于墻體配筋，在剪力墻結(jié)構(gòu)尤其是高度較高（如房屋高度不小于60m）的剪力墻結(jié)構(gòu)中，應(yīng)盡量采用一般剪力墻，以提高結(jié)構(gòu)的抗震性能，并降低房屋的綜合造價(jià)。地下室層高的原因而需加厚剪力墻的厚度（至bw0），導(dǎo)致不滿足一般剪力墻 寬厚比要求，此時(shí)應(yīng)根據(jù)不同情況區(qū)別對待：當(dāng)以墻厚為bw、墻長為hw按《高規(guī)》附錄D驗(yàn)算，滿足剪力墻墻肢的穩(wěn)定要求時(shí)，該墻肢（墻厚為bw0，墻長為hw）可不按短肢剪力墻設(shè)計(jì)。在剪力墻結(jié)構(gòu)中設(shè)置少量的短肢剪力墻是允許的，設(shè)置少量的短肢剪力墻并不影響對原結(jié)構(gòu)體系對的判別，其結(jié)構(gòu)仍可確定為一般剪力墻結(jié)構(gòu)或可稱其為短肢剪力墻較少的剪力墻結(jié)構(gòu)。在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，對于建筑部件的固定節(jié)點(diǎn)、單項(xiàng)連接的房屋框架結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)人員只需要對橫截面積發(fā)生變化的部分進(jìn)行有限元計(jì)算、分析即可，不需要重新分析、計(jì)算。連續(xù)性的房屋框架結(jié)構(gòu)，優(yōu)化設(shè)計(jì)尺寸時(shí)只需要將房屋框架部件的厚度作為可變量，對可變量進(jìn)行應(yīng)力分析即可。一般而言，連續(xù)框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化結(jié)果為梯形分布的板厚度，它優(yōu)化出的圖形大多是線性。

2建立結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型

在建筑工程施工中，工程設(shè)計(jì)人員在開展結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)需要事前建立優(yōu)化模型，并設(shè)計(jì)好結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案。在建立建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)模型時(shí)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)對其中涉及到的主要設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行明確，之后根據(jù)數(shù)據(jù)分析結(jié)構(gòu)構(gòu)建相應(yīng)的函數(shù)模型。利用科學(xué)方法，計(jì)算出優(yōu)化結(jié)構(gòu)。在建立結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型時(shí)，主要步驟如下：①選取合理設(shè)計(jì)變量，進(jìn)而對模型構(gòu)建更好完善。在選取變量時(shí)，要注意其可能對房屋結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的影響，區(qū)分好參數(shù)重要性，保證設(shè)計(jì)工作的合理性，減少工程涉及到的計(jì)算量。②需要對目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行確定。設(shè)計(jì)人員應(yīng)對函數(shù)優(yōu)化條件事先滿足，之后對這種約束條件可能產(chǎn)生的效果進(jìn)行分析。設(shè)計(jì)人員在優(yōu)化結(jié)構(gòu)時(shí)，需要對這些約束條件進(jìn)行分析，對裂縫寬度、強(qiáng)度都充分保證。

3空間整體布局的優(yōu)化

空間整體整體布局設(shè)計(jì)是房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案中，不可缺少的一項(xiàng)內(nèi)容，具有一定的復(fù)雜性和層次性，從復(fù)雜性來說主要包括有：采光、空間布局、朝向等方面，從層次性的角度來說，主要包括有：結(jié)構(gòu)體系、設(shè)計(jì)體系、安裝體系等方面，并且在每個(gè)體系下面包含著很多的分支。因此，在房屋建筑空間整體布局設(shè)計(jì)優(yōu)化的過程中，可以從以下幾個(gè)方面展開：（1）設(shè)計(jì)人員一定要整體性和前瞻性的設(shè)計(jì)意識，從整體逐漸向細(xì)節(jié)深入。同時(shí)，在設(shè)計(jì)優(yōu)化的過程中，通過對整體結(jié)構(gòu)與選擇材料和構(gòu)建合理布置，以及良好的配合，達(dá)到房屋建筑結(jié)構(gòu)中最的承載能力、穩(wěn)定性和安全性，保證了房屋建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的質(zhì)量。（2）一定要嚴(yán)格遵循著我國規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行房屋結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，對各項(xiàng)參數(shù)存在的誤差，進(jìn)行嚴(yán)格的控制。另外，在空間規(guī)劃的過程中，對光線的采光性，一定要作為重點(diǎn)考慮的對象。同時(shí)，在朝向方面，一般都是選擇雙陽或者南北的格局，這樣可以在一定程度上保證采光的穩(wěn)定性，也降低了能源的大量消耗。例如：在我國某在建筑工程空間結(jié)構(gòu)優(yōu)化的過程中，為了保證良好的采光度，以“南北設(shè)計(jì)”為主，使其空間在大部分的時(shí)間內(nèi)，可以感受到外界的陽光，也為人們提供了良好的居住環(huán)境。

4下部地基結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

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)場地質(zhì)條件選擇樁基類型，盡量節(jié)省造價(jià)。萬丈高樓平地起，地基基礎(chǔ)的優(yōu)化設(shè)計(jì)非常的重要。例如，高層建筑的地基基礎(chǔ)，由于高層住宅房屋的建筑高，對房屋的穩(wěn)定性要求非常嚴(yán)格。為此，高層建筑的地基更深，一般情況下，建筑的埋置深度應(yīng)該大于等于地下5m，超高層的建筑物超過15層以上的，其埋置深度應(yīng)該是超過地下的20m。由于埋置深度大，地下施工工作也有很大的難度，尤其是地下土壤的土質(zhì)屬于軟土層時(shí)，施工可選擇的方案非常多，每種方案的預(yù)算和進(jìn)度都有考量，因此，應(yīng)該根據(jù)實(shí)際需求選擇地下挖掘的技術(shù)和方案。

5科學(xué)分析綜合結(jié)果

通過一定的方式得出基本的計(jì)算結(jié)果后，我們必須將結(jié)果與最初的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行比較和分析，在保證整體建筑要求的基礎(chǔ)上，選擇一個(gè)符合企業(yè)、業(yè)主等各方要求的最佳的方案。在問題分析上，我們必須從房屋建筑整體出發(fā)，綜合全面的考慮相關(guān)問題，對一些可能帶來嚴(yán)重影響的問題可以立項(xiàng)研究，進(jìn)行多角度的、深層次的分析，嚴(yán)禁模棱兩可、差不多現(xiàn)象的存在。該流程在房屋建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化中占有非常重要的位置，選擇一個(gè)科學(xué)的方案，不僅能保證建筑房屋的安全性、實(shí)用性，還能保證建筑結(jié)構(gòu)的藝術(shù)性和美感性，同時(shí)，還能對建筑工程的整體投入產(chǎn)生有利的影響。

6 建議

實(shí)際工程中，為迎合建設(shè)單位控制結(jié)構(gòu)與混凝土用量及鋼筋用量的要求，常有設(shè)計(jì)人員不區(qū)分工程的具體情況，對較高的高層建筑，機(jī)械地控制剪力墻截面的高寬比（hw/bw），如將200mm厚剪力墻的墻肢長度控制在1650mm或1700mm，以避免出現(xiàn)短肢剪力墻。其實(shí)，這種做法不僅違背剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本原則，同時(shí)由于墻肢兩端需要設(shè)置邊緣構(gòu)件，連梁配筋也大于墻體配筋，在剪力墻結(jié)構(gòu)尤其是高度較高（如房屋高度不小于60m）的剪力墻結(jié)構(gòu)中，應(yīng)盡量采用一般剪力墻，以提高結(jié)構(gòu)的抗震性能，并降低房屋的綜合造價(jià)。

對地下室中上部結(jié)構(gòu)嵌固端的下一層墻肢，如果對應(yīng)的地上墻肢為一般剪力墻（墻厚為bw，墻長為hw），由于地下室層高的原因而需加厚剪力墻的厚度（至bw0），導(dǎo)致不滿足一般剪力墻的寬厚比要求，此時(shí)應(yīng)根據(jù)不同情況區(qū)別對待：

（1）當(dāng)以墻厚為bw、墻長為hw按《高規(guī)》附錄D驗(yàn)算，滿足剪力墻墻肢的穩(wěn)定要求時(shí)，該墻肢（墻厚為bw0，墻長為hw）可不按短肢剪力墻設(shè)計(jì)。

（2）當(dāng)以墻厚為bw、墻長為hw按《高規(guī)》附錄D驗(yàn)算，不滿足剪力墻墻肢的穩(wěn)定要求時(shí)，該墻肢（墻厚為bw0，墻長為hw）應(yīng)按短肢剪力墻設(shè)計(jì)。

在剪力墻結(jié)構(gòu)中設(shè)置少量的短肢剪力墻是允許的，設(shè)置少量的短肢剪力墻并不影響對原結(jié)構(gòu)體系對的判別，其結(jié)構(gòu)仍可確定為一般剪力墻結(jié)構(gòu)或可稱其為短肢剪力墻較少的剪力墻結(jié)構(gòu)。

7結(jié)語

對房屋結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化，就是要對建筑本身功能進(jìn)行保證，從這個(gè)基礎(chǔ)上再實(shí)現(xiàn)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)收益。想要實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，就要對自我知識水平予以提高，進(jìn)行自我水平創(chuàng)新開拓，只有這樣，才能為人民創(chuàng)造一個(gè)舒適且安全的良好建筑空間。

參考文獻(xiàn)：

[1]范國興.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)用研究[J].雞西大學(xué)學(xué)報(bào)（綜合版），2016（8）：23～25.

[2]景毅.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)中的運(yùn)用分析[J].科技資訊，2015（27）：36.