建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化策略

吳海波 王劍鋒 劉海靜

（1.內(nèi)蒙古華地方圓設(shè)計研究有限責(zé)任公司 內(nèi)蒙古赤峰市 024000 2.海洋石油工程股份有限公司 天津 300300）

引言

在房建行業(yè)，人們越來越追求房屋建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計上不光注重實用還要注重美感和空間感。這就意味著在結(jié)構(gòu)設(shè)計上要考慮的因素越來越多，需要創(chuàng)新的點(diǎn)也越來越多。總的來說，將優(yōu)化技術(shù)更好地運(yùn)用于房建結(jié)構(gòu)設(shè)計中，創(chuàng)造出人們更喜歡的設(shè)計成果。

1 結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的概述

房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化，就是通過科學(xué)的計算方法和優(yōu)化措施，對實際工程中的建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面的研究，使建筑的總體結(jié)構(gòu)以及建筑各個分部銜接得到完善以及優(yōu)化。通過對房屋建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)不僅能夠提高結(jié)構(gòu)的安全性，同時能夠把社會中所具有的價值學(xué)以及審美學(xué)完美的結(jié)合起來，從而提高結(jié)構(gòu)設(shè)計的水平，促進(jìn)建筑設(shè)計應(yīng)用的整體性協(xié)調(diào)發(fā)展。房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的主要目的是使房屋建筑的設(shè)計方案更加科學(xué)合理，在滿足安全和抗震的前提下，提升房屋的實用性、經(jīng)濟(jì)性、美觀性。

2 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的原則

2.1 功能性原則

保證建筑結(jié)構(gòu)合理有效地發(fā)揮在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中占據(jù)非常重要的地位。功能性主要表現(xiàn)在使用建筑結(jié)構(gòu)以及建筑完成施工完成后在使用過程中所產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益。充分發(fā)揮建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的功能，有利于提高建筑結(jié)構(gòu)的使用率，比如銀行，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)當(dāng)首先考慮建筑結(jié)構(gòu)的安全性，并且充分發(fā)揮安全通道的使用功能，因此，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)當(dāng)考慮承載力，有利于建筑的功能的使用。

2.2 環(huán)保原則

隨著環(huán)境污染程度的不斷加深，建筑作為一項高耗能行業(yè)更是引起了廣泛主意。將綠色設(shè)計思想整合到建筑工程當(dāng)中，這是建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的重要方面。人們越來越希望能有更好的生態(tài)設(shè)計出現(xiàn)在生活當(dāng)中。因此，建筑業(yè)向著綠色節(jié)能、應(yīng)用高新技術(shù)的方向發(fā)展將成為一種潮流?？梢姡ㄖY(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計除了要遵循安全經(jīng)濟(jì)的原則之外，在新時代的發(fā)展下，更要關(guān)心的就是環(huán)保問題。

2.3 經(jīng)濟(jì)性原則

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時，除了首先考慮安全性以外，經(jīng)濟(jì)條件也是必須考慮的環(huán)節(jié)。降低經(jīng)濟(jì)成本與創(chuàng)新在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計歷史中不斷發(fā)展，從木石結(jié)構(gòu)逐漸發(fā)展為混凝土結(jié)構(gòu)，一直到現(xiàn)在最常用的鋼結(jié)構(gòu)。比如：在鋼結(jié)構(gòu)中，空間網(wǎng)架是一般鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)化結(jié)構(gòu)，具有質(zhì)量輕、受力好、造價低的優(yōu)點(diǎn)；工形梁的出現(xiàn)，節(jié)省了建筑物施工材料，降低了經(jīng)濟(jì)成本。

3 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化策略

3.1 優(yōu)化建筑總體設(shè)計方案

某些地區(qū)在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計設(shè)計優(yōu)化時，需要充分考慮地域問題、自然環(huán)境等外在因素。比如我國的南方地區(qū)夏季高溫多雨，冬季溫和少雨，與此同時，在建筑總體設(shè)計時還要考慮每棟建筑樓房之間的距離，距離太近或太遠(yuǎn)都會影響建筑結(jié)構(gòu)的使用，并且還會浪費(fèi)建筑結(jié)構(gòu)資源。因此，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計者在進(jìn)行整體設(shè)計時，要把握好設(shè)計的總方向，設(shè)計出滿足人們需求的樓房。

3.2 加強(qiáng)房屋建筑結(jié)構(gòu)的剛度設(shè)計

房屋建筑結(jié)構(gòu)的剛度取決于建筑材料的含鋼量，因此，在房屋建筑設(shè)計過程中，如果采用低含鋼量的設(shè)計會使得工程具有極大的安全隱患，所以建筑施工企業(yè)必須注意房屋建筑的剛度設(shè)計，以保障房屋建筑的工程質(zhì)量。當(dāng)然，建筑結(jié)構(gòu)的剛度會隨著不同的地質(zhì)情況而不同，比如在平原地區(qū)，地質(zhì)比較穩(wěn)定，房屋建筑結(jié)構(gòu)對于剛度的要求就比較低，這時就可以采用含鋼量稍微低一些的建材，而如果在山地丘陵地區(qū)，地質(zhì)情況復(fù)雜，就要對建筑結(jié)構(gòu)的剛度要求嚴(yán)格一些，采用含鋼量高的建材。綜上所述，建筑企業(yè)不能一成不變，在房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，要因地制宜，不能僅僅考慮企業(yè)的利潤，更多的是需要和實際情況相結(jié)合，設(shè)計出最符合要求的建筑結(jié)構(gòu)剛度需求。

3.3 安全為本

房建結(jié)構(gòu)設(shè)計最基本的設(shè)計原則就是安全。汶川地震幾乎所有的房屋都倒塌了，造成巨大的財產(chǎn)損失和人員傷亡，但同處于地震帶上的日本在面對這種大的自然災(zāi)害時就顯得更加從容，那是因為日本的房建結(jié)構(gòu)設(shè)計抗震性更強(qiáng)，幾乎可以抵御如此強(qiáng)度的地震災(zāi)害。所以，在我國房建結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的過程中，首先要提升建筑的抗震能力，在結(jié)構(gòu)上致力于更加結(jié)實、穩(wěn)定，當(dāng)類似于地震這樣的自然災(zāi)害發(fā)生時減少財產(chǎn)損失，更重要的是保障用戶的人身安全。除了地震之外，房建結(jié)構(gòu)的設(shè)計還要考慮到其他突發(fā)事故，切實保障使用者生命財產(chǎn)安全。例如，對稱結(jié)構(gòu)設(shè)計、多渠道設(shè)防等等。房建結(jié)構(gòu)設(shè)計中安全的原則是房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計的最基本的原則，切實保障安全問題，提升建筑的使用價值。

3.4 優(yōu)化底部加強(qiáng)部位的設(shè)計

在剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計時，高層剪力墻結(jié)構(gòu)底部加強(qiáng)部位可按下列標(biāo)準(zhǔn)求取高度值：底部兩層高度與嵌固部位上方墻肢高度的12.5%的較大值；帶轉(zhuǎn)換層的高層剪力墻結(jié)構(gòu)底部加強(qiáng)部位可按下列標(biāo)準(zhǔn)求取高度值：框支層及其上方2層的高度與墻肢高度的12.5%的較大值。倘若嵌固部位選在地下室頂板處，則地震條件下的屈服部位在地上樓層，且會對地下一層產(chǎn)生影響，則既不能降低地下一層的抗震等級，還應(yīng)將加強(qiáng)部位延伸至地下一層及在此設(shè)邊緣約束構(gòu)件。

3.5 優(yōu)化轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計

為了適應(yīng)高層建筑上、下部結(jié)構(gòu)使用功能的需要，應(yīng)按需改變剪力墻結(jié)構(gòu)的布置形式，即設(shè)轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)。在轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計時，鑒于高位轉(zhuǎn)換對質(zhì)量、剛度的要求較高，則應(yīng)盡可能調(diào)整轉(zhuǎn)換層及其上、下部結(jié)構(gòu)的剛度比，使其接近，注意轉(zhuǎn)換層的自重及剛度不宜過大。據(jù)此，盡可能選擇自重輕及剛度小的轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)形式，并在計算時增加振型組合數(shù)，同時通過調(diào)整結(jié)構(gòu)內(nèi)力及構(gòu)件配筋設(shè)計，以提高薄弱部位的綜合性能。

4 結(jié)語

房建結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化即是順應(yīng)市場發(fā)展的要求，也是市場更高要求的體現(xiàn)。房建結(jié)構(gòu)設(shè)計要注重結(jié)構(gòu)設(shè)計人才的引進(jìn)和培訓(xùn)，同時與時俱進(jìn)、引用先進(jìn)的計算機(jī)技術(shù)和工具，優(yōu)化房建結(jié)構(gòu)設(shè)計工作，切實提升房建結(jié)構(gòu)設(shè)計的水平，進(jìn)一步帶動行業(yè)發(fā)展環(huán)境的優(yōu)化和發(fā)展水平的提升。

[1]張 云．房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方案探析[J]．江西建材，2016（21）：60～61．