房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化策略

魏明

摘 要：在建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計過程中，要合理運用優(yōu)化方法，提高建筑性能，合理控制資金投入水平。同時也要提高建設(shè)質(zhì)量，減少對周邊環(huán)境的影響，合理降低建設(shè)成本，這是建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的主要目標(biāo)。通過對建筑設(shè)計的優(yōu)化，企業(yè)的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益都有很大程度的改善，以及推動了中國建筑業(yè)的整體發(fā)展。

關(guān)鍵詞：房屋建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計；優(yōu)化策略

引言

在建筑工程當(dāng)中，結(jié)構(gòu)設(shè)計是其建設(shè)過程中的重要環(huán)節(jié)之一，其設(shè)計是否合理，會對建筑質(zhì)量造成巨大的影響，針對建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，能夠為我國未來的建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計奠定基礎(chǔ)，因此，有必要針對該項內(nèi)容進(jìn)行深入的研究。

一、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中遇到的關(guān)鍵問題

1、水平承載力

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時必須關(guān)注建筑承載能力。就建筑本身而言，建筑結(jié)構(gòu)的承載力所起到的作用是無可替代的。其水平的荷載力對于突發(fā)狀況可以起到很好的效果，比如，由于地震和大風(fēng)原因造成建筑物損壞或者侵蝕等現(xiàn)象。建筑結(jié)構(gòu)的水平載荷力主要影響這建筑的彎矩和軸力，這也是有別于建筑的自重和上部結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的承載力。通常狀況下，我們對高層或者超高層的建筑，都無法正確掌握其水平或者豎直的承載力，然而需要了解的是，建筑物豎直承載力，特別是高層和超高層建筑的荷載力在一定范圍之內(nèi)是保持不變的，因此，只有水平荷載力會因為受到外界環(huán)境的影響，比如，地震、大風(fēng)、暴雪等影響，致使建筑結(jié)構(gòu)水平載荷力隨著變化而變化，可見，水平載荷力對于建筑結(jié)構(gòu)的安全性的意義。因此，一旦水平載荷力產(chǎn)生問題，將可能引發(fā)較為嚴(yán)重的安全事故，嚴(yán)重的時候可能威脅到人身安全。

2、結(jié)構(gòu)產(chǎn)生變形

產(chǎn)生變形也是影響建筑物整體性能的重要因素。就建筑、特別是超高層建筑結(jié)構(gòu)而言，豎向承載力相比于水平承載力在一定程度上不會產(chǎn)生影響，然而，倘若柱體受到外界干擾力過大也可能造成一些建筑結(jié)構(gòu)上的問題。比如，倘若柱體受到的外力超過自身承載力，那么將可能導(dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)軸向產(chǎn)生變化，嚴(yán)重的時候可能直接變形。要知道，倘若建筑豎向承載力產(chǎn)生變化，就會導(dǎo)致整個建筑結(jié)構(gòu)的彎矩，從而產(chǎn)生一系列連鎖反應(yīng)。結(jié)構(gòu)產(chǎn)生變形之后可以使得連續(xù)性的橫梁之間的支撐力的負(fù)彎矩值縮小、建筑結(jié)構(gòu)正彎矩值增大，這兩種方向的變化，將最后導(dǎo)致兩段支撐位置的負(fù)彎矩值上升。在對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，每一個部件都有一個軸向的變形數(shù)值。在實際操作中，設(shè)計工作者應(yīng)當(dāng)結(jié)合實際要求，靈活進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計，必要的時候可以對構(gòu)建的長度進(jìn)行修改，以此減小由于結(jié)構(gòu)產(chǎn)生變形帶來的不好影響。

二、房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化策略

1、構(gòu)建設(shè)計模型

建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計是現(xiàn)階段房屋結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計的研究課題，是突進(jìn)建筑經(jīng)濟(jì)性與安全性的前提要素，在對其進(jìn)行實施優(yōu)化設(shè)計時，需要考慮以下方面的因素：第一，科學(xué)選擇變量。通常情況下，設(shè)計師必須對整體的設(shè)計方案有初步的認(rèn)知，還需要考慮到其對建筑建設(shè)的影響，針對部分重要工程參數(shù)來說，將其取值需要視作參考依據(jù)，這就需要變量供設(shè)計人員進(jìn)行合理的選擇。在實際設(shè)計過程中，設(shè)計師需要參考相應(yīng)的參數(shù)，最好參考變化幅度相對較小，或是不需要考慮太多因素的，這樣才能更好明確目標(biāo)數(shù)據(jù)，從而減緩結(jié)構(gòu)設(shè)計及編程難度；第二，確定函數(shù)，為了將房屋建筑成本控制到最低，設(shè)計人員需要篩選合適函數(shù)；第三，權(quán)衡建筑施工條件，對于設(shè)計師而言，他們需要從整體角度考慮房屋構(gòu)件的尺寸，還有相應(yīng)的結(jié)構(gòu)體系，這樣才能從根本上保障建筑物的穩(wěn)定性。實際設(shè)計過程中，設(shè)計人員需要從建筑物的使用目的，再到施工條件，從而獲取設(shè)計約束條件，然后依據(jù)建筑規(guī)范解決設(shè)計難題，最終確定最優(yōu)的設(shè)計方案。

2、計算模式的最優(yōu)化

房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計體系是一個比較復(fù)雜的系統(tǒng)，其內(nèi)部涉及到各種計算程序，建造結(jié)構(gòu)的設(shè)計過程，也是各種建造數(shù)據(jù)的計算郭處長。在建筑數(shù)據(jù)的計算過程中，設(shè)計人員要進(jìn)行不附帶約束條件問題的分析，確保計算結(jié)果的最優(yōu)化。為了滿足實際設(shè)計工作的要求，設(shè)計人員要進(jìn)行不同建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計計算模式的應(yīng)用，要認(rèn)真分析這些計算方法的優(yōu)缺點，根據(jù)實際的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計要求，進(jìn)行最優(yōu)化計算模式的選擇，確保工程整體設(shè)計成本的降低，實現(xiàn)設(shè)計者工作量的降低，優(yōu)化工作程序，提升工作效益。

3、外形優(yōu)化

當(dāng)前階段，我國在建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計方面需要進(jìn)行有效的創(chuàng)新與優(yōu)化，在進(jìn)行具體設(shè)計的過程中，設(shè)計人員應(yīng)該對外形優(yōu)化措施加以應(yīng)用，以固有截面優(yōu)化措施為基礎(chǔ)，適當(dāng)?shù)恼{(diào)整建筑的內(nèi)部形狀和結(jié)構(gòu)框架，使設(shè)計的完善性得到有效的提升，以此來保證建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計質(zhì)量。

在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計時，必須要對建筑的具體情況加以了解，結(jié)合目前建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方面的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，對初步設(shè)計方案進(jìn)行有效的修改，對外形優(yōu)化設(shè)計的方法加以應(yīng)用，應(yīng)該按照建筑設(shè)計的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對結(jié)構(gòu)外形特征進(jìn)行劃分，在設(shè)計當(dāng)中，主要應(yīng)用連續(xù)性結(jié)構(gòu)設(shè)計和桿系結(jié)構(gòu)設(shè)計，其中，桿系形式的外形設(shè)計，需要對建筑結(jié)構(gòu)當(dāng)中的節(jié)點坐標(biāo)選擇保持重視，并將其作為設(shè)計中的變量因素，使外形優(yōu)化設(shè)計中的各項要求能夠得到有效的滿足。

4、截面優(yōu)化

對于建筑結(jié)構(gòu)而言，其結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)設(shè)計是保證建筑安全。穩(wěn)定的關(guān)鍵內(nèi)容，建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計人員在對建筑截面進(jìn)行處理的過程中，必須要對截面結(jié)構(gòu)的安全性及穩(wěn)定性進(jìn)行全面的考慮，確保截面部位運算的科學(xué)性和準(zhǔn)確性，使截面設(shè)計的各項要求得到滿足，在對建筑截面的設(shè)計實施優(yōu)化設(shè)計時，設(shè)計人員應(yīng)該對設(shè)計的準(zhǔn)確性進(jìn)行增強，并根據(jù)計算數(shù)據(jù)完成各項操作活動，使建筑截面具有良好的穩(wěn)固性，使建筑使用壽命得到有效的保障。

5、優(yōu)化基礎(chǔ)設(shè)計

在結(jié)構(gòu)造價中，占據(jù)比重較大的是基礎(chǔ)造價，直接影響整個工程造價。在設(shè)計建筑基礎(chǔ)時，要恰當(dāng)選擇建筑基礎(chǔ)類型。通常情況下，地質(zhì)條件較好時，低層建筑較多應(yīng)用淺埋天然基礎(chǔ)，而高層建筑較多應(yīng)用樁基礎(chǔ)，以控制沉降。對于深埋獨立地下室，可考慮采用補償式基礎(chǔ)。在進(jìn)行地下室設(shè)置時，要充分比較并驗證地下室的基礎(chǔ)型式、埋深、底板結(jié)構(gòu)形式、頂板結(jié)構(gòu)形式、抗浮水位、基坑圍護(hù)以及側(cè)墻設(shè)計等問題，同時要盡可能的降低工程造價。因為地質(zhì)情況千差萬別，同一建筑結(jié)構(gòu)在不同的地質(zhì)情況下所選的基礎(chǔ)形式就會不同，結(jié)構(gòu)設(shè)計師不能一成不變，在房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，要因地制宜，根據(jù)建筑所在場地的地質(zhì)條件、建筑結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度、地下水位情況、當(dāng)?shù)氐氖┕ぜ夹g(shù)條件，合理選用基礎(chǔ)形式，從而達(dá)到在保證結(jié)構(gòu)安全前提下降低工程造價的目的。

結(jié)語

綜上所述，在設(shè)計房屋結(jié)構(gòu)的過程中，應(yīng)對科學(xué)合理的建筑材料進(jìn)行選擇，無論是在哪一個設(shè)計過程，都應(yīng)應(yīng)用最優(yōu)設(shè)計方法，因為這同當(dāng)前的可持續(xù)發(fā)展理念極為相符。也就是說，在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中運用建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化方法，不僅能夠有效地實現(xiàn)建筑物的功能性，讓建筑物具有更大的審美價值，還能有效地降低工程造價，實現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)性的目標(biāo)，獲得更大的社會效益以及經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)

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（作者單位：景森設(shè)計股份有限公司武漢分公司）