建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)措施概論

仲立松

【摘要】建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化是提升建筑質(zhì)量，降低建筑成本的有效手段。本文對(duì)建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化的內(nèi)容進(jìn)行綜述，探討建筑優(yōu)化的意義，探討建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化的流程與優(yōu)化技術(shù)，分析其應(yīng)用，期望能夠?yàn)榻ㄖ?yōu)化結(jié)構(gòu)技術(shù)工程提供參考。

【關(guān)鍵詞】建筑結(jié)構(gòu)；優(yōu)化；房屋建設(shè)

隨著社會(huì)的發(fā)展，人們對(duì)于建筑的要求越來越高。建筑工程的結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，建筑面積越來越大，建筑層數(shù)越來越高，要求建筑成本控制與建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)，對(duì)建筑工程提出了更多的挑戰(zhàn)。采取相應(yīng)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)，提高設(shè)計(jì)水平，能夠降低當(dāng)前的投資成本，提升建筑質(zhì)量。建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化主要包括房屋整體設(shè)計(jì)的優(yōu)化和內(nèi)部細(xì)節(jié)的優(yōu)化，在建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化建設(shè)中，對(duì)相關(guān)的制約因素進(jìn)行分析，落實(shí)優(yōu)化技術(shù)措施，提升優(yōu)化水平，能夠促進(jìn)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平的提升。本文從建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化的概念與優(yōu)化技術(shù)探討建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化技術(shù)措施。

1、建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)概述

1.1 建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)概念

建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)是在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，根據(jù)建筑工程的需求，考慮到布置、造型、造價(jià)等因素，運(yùn)用相關(guān)的技術(shù)和方法，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，確保設(shè)計(jì)工程質(zhì)量與施工效率的技術(shù)的總稱。建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)具有自身的顯著特征，設(shè)計(jì)過程中，需要在考慮建筑工程需求的基礎(chǔ)上，采取針對(duì)性的設(shè)計(jì)策略，對(duì)不同的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行對(duì)比，選擇最優(yōu)方案，對(duì)工程建設(shè)進(jìn)行指導(dǎo)，提升工程建設(shè)項(xiàng)目效益。

1.2 建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)的內(nèi)容

房屋建筑最重要的是建筑安全以及使用價(jià)值，對(duì)于建筑工程而言，在保障建筑質(zhì)量的前提下，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。具體而言，建筑工程優(yōu)化的主要內(nèi)容包括對(duì)房屋的整體結(jié)構(gòu)的優(yōu)化以及房屋細(xì)節(jié)構(gòu)造的優(yōu)化設(shè)計(jì)，通過整體和部分的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，逐步進(jìn)行劃分，從而獲得最優(yōu)化的分析設(shè)計(jì)。

1.3 建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化的意義

通過優(yōu)化設(shè)計(jì)，能夠提升建筑空間的使用效率。建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，能夠提升設(shè)計(jì)水平，對(duì)各部分結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理的安排，確保建筑結(jié)構(gòu)的美觀實(shí)用，同時(shí)有利于降低建筑工程造價(jià)。實(shí)踐表明，建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)能夠節(jié)省成本5-20%，從而提升建筑工程效益。

2、建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)組成

為了提升建筑的建設(shè)質(zhì)量，具體的優(yōu)化技術(shù)包括以下方面。

2.1 概念優(yōu)化設(shè)計(jì)

概念優(yōu)化設(shè)計(jì)主要包括以下的技術(shù)：（1）結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型，房屋建筑的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)首先需要選擇設(shè)計(jì)變量，設(shè)定目標(biāo)控制參數(shù)與約束控制參數(shù)，確定目標(biāo)函數(shù)與約束條件，對(duì)于房屋結(jié)構(gòu)中的結(jié)構(gòu)條件、尺寸約束、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度約束、應(yīng)力約束、變形約束等參數(shù)進(jìn)行確定，將設(shè)計(jì)的約束條件與目標(biāo)約束條件相比較，選擇最優(yōu)的約束條件，使設(shè)計(jì)成本最小，從而實(shí)現(xiàn)最優(yōu)設(shè)計(jì)；（2）優(yōu)化設(shè)計(jì)計(jì)算方案，合理選擇優(yōu)化設(shè)計(jì)計(jì)算方案，可以選擇復(fù)合形法、拉氏乘子法等方法，對(duì)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算；（3）進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，采用合理的計(jì)算程序與結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型，編制功能齊全、運(yùn)算速度快的綜合程序；（4）結(jié)果分析，對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析，從成本、施工等多角度進(jìn)行計(jì)算，確保計(jì)算結(jié)果滿足安全的需求，確保優(yōu)化設(shè)計(jì)適用、安全、經(jīng)濟(jì)、美觀和便于施工。

2.2 樁基優(yōu)化技術(shù)

建筑結(jié)構(gòu)樁基優(yōu)化措施包括以下方面：（1）樁靜載荷試驗(yàn)以及單樁承載力調(diào)整，基礎(chǔ)試樁以及工程樁的檢驗(yàn)可以看到，近年來許多基礎(chǔ)樁的承載力大于計(jì)算值，因此在計(jì)算的過程中，采用試驗(yàn)樁的實(shí)際承載力進(jìn)行樁基基礎(chǔ)的計(jì)算，能夠提升樁基工程的承載力穩(wěn)定性，降低樁基工程成本，提升樁基工程的效益，在樁基結(jié)構(gòu)優(yōu)化中，需要按照試驗(yàn)樁進(jìn)行樁基設(shè)計(jì)與施工，按照樁基承載力以及荷載試驗(yàn)進(jìn)行研究，通過調(diào)整單樁承載力的特征值，優(yōu)化樁基數(shù)量計(jì)算；（2）樁身配筋調(diào)整，根據(jù)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》對(duì)樁承載力以及裂縫控制的要求，在樁基計(jì)算中，需要對(duì)不同鋼筋級(jí)別對(duì)承載力的影響進(jìn)行分析，在對(duì)樁基計(jì)算的基礎(chǔ)上，合理計(jì)算配筋率，將樁身配筋進(jìn)行計(jì)算，在確定樁靜荷載和樁中心距等參數(shù)的情況下，按照樁基頂部能夠承受的豎向力計(jì)算配筋率。建筑主體結(jié)構(gòu)的計(jì)算中，部分結(jié)構(gòu)的柱墻底彎矩非常大，在計(jì)算的過程中，通過配筋率的計(jì)算嚴(yán)格控制裂縫，在確保靜荷載力、彎矩等參數(shù)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行配筋計(jì)算，確保所有樁基的配筋率均能滿足樁基礎(chǔ)的承載需求，滿足樁基裂縫控制的目的；從樁身出發(fā)，將樁身中部以下部分進(jìn)行減半處理，從而減少鋼筋用量，降低工程成本。

2.3 施工優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)

施工優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)主要包括以下的流程：（1）結(jié)構(gòu)整體和局部優(yōu)化，建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化應(yīng)該具有層次慈寧宮，從設(shè)計(jì)體系、結(jié)構(gòu)體系、安裝體系等多層次的體系，結(jié)合建筑結(jié)構(gòu)的需求，確保設(shè)計(jì)體系的完整性，除了結(jié)構(gòu)整體設(shè)計(jì)之外，還需要從材料選取、構(gòu)件選擇、結(jié)構(gòu)類型等方面完成優(yōu)化選擇，確保所選擇的材料滿足建筑結(jié)構(gòu)的需求，從整體入手，細(xì)化設(shè)計(jì)工作，提高設(shè)計(jì)水平；（2）樁基礎(chǔ)與上部結(jié)構(gòu)優(yōu)化，從樁基礎(chǔ)施工開始，合理選擇樁基施工技術(shù)，當(dāng)前常用的樁基礎(chǔ)包括預(yù)制樁和灌注樁兩種不同的類型，灌注樁的施工難度較高，預(yù)制樁的質(zhì)量可靠，能夠顯著提高地基承載力，根據(jù)地質(zhì)特點(diǎn)與建筑工程的需求選擇樁基礎(chǔ)施工技術(shù)；在上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)建筑方案合理布置柱、剪力墻等豎向構(gòu)件，保證其滿足側(cè)向剛度和承載能力的要求的前提下，達(dá)到最優(yōu)的經(jīng)濟(jì)性；（3）不同階段結(jié)構(gòu)優(yōu)化，對(duì)建筑的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)、上部結(jié)構(gòu)、細(xì)部結(jié)構(gòu)等各部分設(shè)計(jì)時(shí)，從整體到細(xì)部進(jìn)行合理優(yōu)化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)各部分的協(xié)調(diào)優(yōu)化設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)中，除了確保建筑的設(shè)計(jì)安全之外，還需要保障設(shè)計(jì)的美觀，在建筑結(jié)構(gòu)柱、墻的設(shè)計(jì)中，在保證結(jié)構(gòu)質(zhì)量的基礎(chǔ)上，盡量簡化建筑系統(tǒng)，選擇自重較輕的原料，以實(shí)現(xiàn)減輕結(jié)構(gòu)自重的目的，同時(shí)確保各部分的結(jié)構(gòu)美觀，在應(yīng)力集中、受力方向較多的轉(zhuǎn)角區(qū)域進(jìn)行加固措施，確保結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固。

3、建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)的應(yīng)用策略

3.1 前期優(yōu)化設(shè)計(jì)

前期設(shè)計(jì)是影響建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，在建設(shè)過程中，需要根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)的需求，考慮到結(jié)構(gòu)的合理性以及可行性的情況下，對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行有關(guān)設(shè)計(jì)。在前期設(shè)計(jì)中，除了確保結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)滿足建筑的需求之外，還需要結(jié)合建筑的成本、計(jì)算設(shè)計(jì)等方向進(jìn)行分析，設(shè)計(jì)合理的建筑方案與施工方案，盡量降低總投資，確保設(shè)計(jì)的合理性。

3.2 合理的運(yùn)用概念設(shè)計(jì)

概念設(shè)計(jì)是房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容，在概念設(shè)計(jì)中，通過對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，再此基礎(chǔ)上提高房屋性能、經(jīng)濟(jì)性，確保房屋結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。在建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中，合理的運(yùn)用計(jì)算程序，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的周圍環(huán)境與建筑結(jié)構(gòu)的內(nèi)部進(jìn)行分析，合理的篩選設(shè)計(jì)方案，從而選擇最優(yōu)的概念設(shè)計(jì)方案。比如在地震區(qū)的建筑設(shè)計(jì)中，需要對(duì)地震區(qū)的地質(zhì)環(huán)境進(jìn)行分析，考慮到建筑結(jié)構(gòu)減震的需求，合理的選擇結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案；在概念設(shè)計(jì)中，合理的選擇設(shè)計(jì)軟件與信息技術(shù)，根據(jù)設(shè)計(jì)人員的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行判斷，確保最終方案的適用性與經(jīng)濟(jì)性。

3.3 解決房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的實(shí)際復(fù)雜問題

建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中，需要考慮到建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的復(fù)雜問題，從前期設(shè)計(jì)開始，加強(qiáng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)管理，通過概念優(yōu)化設(shè)計(jì)，加強(qiáng)建筑物的抵御能力，確保建筑物能夠抵抗外部環(huán)境的影響，增強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與安全性，同時(shí)達(dá)到合理的節(jié)省建筑總的建造成本。

4 結(jié)語

建筑是凝固的藝術(shù)，建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)是確保建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化的有效措施，對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)具有重要的意義。根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)的適用、安全、經(jīng)濟(jì)、美觀和便于施工的原則，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的整體以及細(xì)部進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，有效的發(fā)揮建筑的空間效果，降低建筑成本，優(yōu)化設(shè)計(jì)的各個(gè)部分，提升設(shè)計(jì)水平的提升，提升建筑工程質(zhì)量。

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