淺談建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

摘 要：社會(huì)的進(jìn)步和科技的發(fā)展推動(dòng)了我國(guó)建筑行業(yè)的前進(jìn)，現(xiàn)代社會(huì)對(duì)建筑行業(yè)提出了更高的要求，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)作為建筑設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容必須要適應(yīng)現(xiàn)代建筑的發(fā)展要求。建設(shè)工程項(xiàng)目具有工期長(zhǎng)、投資大的特點(diǎn)，而建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是決定能否實(shí)現(xiàn)建筑主體功能和建設(shè)投資效益的關(guān)鍵，因此，必須要對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，以追求少投資、高質(zhì)量、短工期、高效益等目標(biāo)。本文就建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)及相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行了探討，希望可以促進(jìn)建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)和建筑行業(yè)更快、更好的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：建筑結(jié)構(gòu)；優(yōu)化設(shè)計(jì)；必要性；原則；方案

引言

現(xiàn)代人類(lèi)社會(huì)對(duì)建筑行業(yè)發(fā)展的要求越來(lái)越高，我們?cè)诓粩嘧非蟾痈哔|(zhì)、舒適的工作及居住環(huán)境。現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不僅要考慮工程成本及維護(hù)使用的節(jié)能性，還要最大程度的滿(mǎn)足人類(lèi)使用過(guò)程中對(duì)建筑結(jié)構(gòu)本身的功能要求，因此，為了適應(yīng)建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)提出的新要求，我們必須要重視和加快建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的發(fā)展，不斷完善結(jié)構(gòu)優(yōu)化的方法和措施，通過(guò)選擇合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)行全方位的優(yōu)化設(shè)計(jì)，從而實(shí)現(xiàn)最高效的資源利用和最優(yōu)的資源配置。我們首先分析建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的理論及必要性，進(jìn)而闡述了結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的要求及原則，最后針對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提出了相應(yīng)的優(yōu)化措施和策略。

一、建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的相關(guān)理論及必要性

建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化已不再是傳統(tǒng)意義上的結(jié)構(gòu)優(yōu)化，它涵蓋了建筑行業(yè)的方方面面，我們必須通過(guò)制定科學(xué)合理的優(yōu)化設(shè)計(jì)原則來(lái)規(guī)范優(yōu)化過(guò)程。建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)主要體現(xiàn)在決策階段、設(shè)計(jì)階段、實(shí)施階段三方面。決策階段主要任務(wù)是確定優(yōu)化設(shè)計(jì)的總目標(biāo)以及主體功能，降低項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)并節(jié)約成本；設(shè)計(jì)階段要確定子項(xiàng)和整體結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案及布局；實(shí)施階段要組織并落實(shí)好沒(méi)個(gè)子系統(tǒng)的優(yōu)化工作，從而實(shí)現(xiàn)整體結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。為了達(dá)到優(yōu)化設(shè)計(jì)目標(biāo)，設(shè)計(jì)人員必須在確保結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、安全的前提下，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面系統(tǒng)的分析，進(jìn)而采取合理的方法，有效的控制資源及資金的投入。但在實(shí)際的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案實(shí)施過(guò)程中存在諸多的制約因素，因此，我們必須提高設(shè)計(jì)人員在工程建設(shè)過(guò)程中的優(yōu)化設(shè)計(jì)能力，充分考慮工程項(xiàng)目的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益，采用合理的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，來(lái)實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目的綜合目標(biāo)。

二、建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的要求及原則

1.建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的要求

現(xiàn)代建筑行業(yè)及建筑水平相較與以前有了很大提升，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及優(yōu)化方面也取得了許多進(jìn)步，現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)還應(yīng)該主要考慮結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性、安全性、功能性、舒適性等方面的要求。首先，安全性是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的最基本要求，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師及相關(guān)設(shè)計(jì)人員必須確保建筑工程主體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定及安全性，建筑結(jié)構(gòu)的安全性不僅關(guān)系到項(xiàng)目整體經(jīng)濟(jì)效益，更關(guān)乎到人民生命財(cái)產(chǎn)安全及切身利益，是實(shí)現(xiàn)社會(huì)和諧和國(guó)家長(zhǎng)治久安的重要保障；其次，隨著人們生活水平的提高，人們對(duì)工作、居住環(huán)境要求也不斷提高，現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)也越來(lái)越注重人性化及多功能化的應(yīng)用，因此，在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)也要考慮到建筑舒適性及建筑主體功能方面的要求；最后，在確保了建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全性及舒適性的情況下，采用最優(yōu)的方案來(lái)控制項(xiàng)目的成本和投資，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和整體競(jìng)爭(zhēng)力。

2.建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的原則

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的原則主要從建筑舒適度和結(jié)構(gòu)優(yōu)化安全系數(shù)來(lái)考慮。一方面，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)遵循提高建筑舒適度原則，對(duì)建筑物本身進(jìn)行結(jié)構(gòu)、裝修、給排水、暖通、燃?xì)?、電氣等各方面的?yōu)化設(shè)計(jì)組合，實(shí)現(xiàn)各建筑部位的優(yōu)化設(shè)計(jì)，從而保證建筑整體的最優(yōu)設(shè)計(jì)。此外，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)還要考慮到建筑平面、立面以及整體建筑功能等方面的要求，全面考慮到人的主管感受，采用舒適合理的平面布置、高度比例以及外形設(shè)計(jì)，使建筑物整體舒適度大幅度提升；另一方面，根據(jù)實(shí)際建筑構(gòu)件使用情況和建筑部位整體要求，針對(duì)不同建筑部位及構(gòu)件采用不同安全系數(shù)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)原則，從而在保證建筑結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定和建筑構(gòu)件高質(zhì)耐久的前提下，盡可能的節(jié)約建筑投入成本，實(shí)現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

三、建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的方案

1.耐久性的優(yōu)化設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)混泥土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案雖然也考慮到了建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的耐久性要求，但從實(shí)際的工程建設(shè)和投入使用情況來(lái)看，這些結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案很少能夠滿(mǎn)足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的功能及使用要求。因?yàn)椋ㄖ镌趯?shí)際使用過(guò)程中會(huì)遭受比設(shè)計(jì)方案更多的環(huán)境變化和外界荷載，從而會(huì)大幅度的損害建筑物及相關(guān)建筑構(gòu)件，大大降低建筑使用耐久性，可建筑物本身帶來(lái)安全隱患，因此，在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，我們要充分考慮到外界因素對(duì)于建筑物實(shí)際使用的影響。隨著現(xiàn)代社會(huì)的進(jìn)步和人類(lèi)對(duì)建筑要求的提高，我們應(yīng)該通過(guò)科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)念A(yù)應(yīng)力實(shí)驗(yàn)和數(shù)據(jù)計(jì)算分析來(lái)綜合考慮結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的耐久性要求，不能只單純的為了降低工程造價(jià)而忽略現(xiàn)代建筑的耐久性要求。此外，為了追求企業(yè)的長(zhǎng)遠(yuǎn)利益和社會(huì)效益，我們有時(shí)也要犧牲經(jīng)濟(jì)性而追求建筑質(zhì)量，建造更加舒適、安全的建筑物來(lái)滿(mǎn)足人們的居住及使用需求，為企業(yè)樹(shù)立良好口碑，從而提高企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力并實(shí)現(xiàn)企業(yè)長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。

2.合理選用高強(qiáng)度的鋼筋混凝土

鋼筋混凝土作為建筑物及建筑構(gòu)建的核心施工材料，其強(qiáng)度和用量直接影響和決定著建筑物整體的質(zhì)量和結(jié)構(gòu)耐久性。高層建筑總造價(jià)由框架結(jié)構(gòu)材料、施工材料、基礎(chǔ)物料費(fèi)用等組成，而鋼架材料仍然是目前高層建筑框架結(jié)構(gòu)使用最多的材料，鋼架的強(qiáng)度和質(zhì)量決定了構(gòu)件的抗拉剪能力，而高強(qiáng)度的混凝土可以彌補(bǔ)鋼筋材料強(qiáng)度的不足，提高建筑整體的穩(wěn)定性，因此，可以通過(guò)使用高強(qiáng)度的混凝土來(lái)降低鋼筋材料的要求和費(fèi)用，使鋼筋和混凝土相互配合使用，從而降低工程造價(jià)來(lái)節(jié)約建設(shè)成本，實(shí)現(xiàn)良好的經(jīng)濟(jì)效益。但是，對(duì)于地震設(shè)防區(qū)，我們首要考慮的是居民的人生財(cái)產(chǎn)安全而不是建設(shè)工程經(jīng)濟(jì)效益，因此，為了減輕地震力對(duì)建筑物體的影響和建筑自身的荷載，我們可以在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中選用高強(qiáng)度的鋼筋以及高強(qiáng)度的混凝土，來(lái)大大加強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)承受荷載和抵抗變形的能力，提高建筑物的安全性和穩(wěn)定性。

3.加強(qiáng)剪力墻及建筑細(xì)部的優(yōu)化設(shè)計(jì)

剪力墻是高層建筑承受外來(lái)荷載和抵抗結(jié)構(gòu)變形的主要構(gòu)件，在剪力墻設(shè)計(jì)中只有增加構(gòu)件的配筋量來(lái)提高其承受荷載和抵抗變形的能力，但是，這樣會(huì)大大增加建設(shè)工程的成本，不符合建筑企業(yè)最大化經(jīng)濟(jì)效益，不利于建筑企業(yè)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。所以，在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，有經(jīng)驗(yàn)的結(jié)構(gòu)工程師并不會(huì)通過(guò)采用大剛度的鋼筋、增加配筋量來(lái)優(yōu)化剪力墻設(shè)計(jì)，而是會(huì)通過(guò)將剪力墻中的連梁設(shè)計(jì)成截面和剛度較小的弱連梁，通過(guò)綜合考慮工程技術(shù)經(jīng)濟(jì)等方面來(lái)合理布置抗側(cè)力構(gòu)件。另外，要注重建筑結(jié)構(gòu)的細(xì)部?jī)?yōu)化及設(shè)計(jì)，加強(qiáng)局部結(jié)構(gòu)構(gòu)件的精細(xì)化設(shè)計(jì)，考慮結(jié)構(gòu)的抗震及耐久性要求，采用科學(xué)合理的結(jié)構(gòu)布局和高強(qiáng)度的鋼筋混凝土，運(yùn)用先進(jìn)科學(xué)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)理論和方法，采用動(dòng)態(tài)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)模型，提高結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的優(yōu)化質(zhì)量和優(yōu)化效率。

四、結(jié)語(yǔ)

建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)關(guān)于建筑行業(yè)的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步，現(xiàn)代社會(huì)及建筑業(yè)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)提出了新要求。我們對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有一個(gè)科學(xué)、合理的認(rèn)識(shí)，抓住建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化過(guò)程的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，結(jié)構(gòu)工程師必須要與時(shí)俱進(jìn)，通過(guò)運(yùn)用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)和優(yōu)化理論來(lái)不斷提高自身的素質(zhì)，不斷的改革和創(chuàng)新結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法和策略，以促進(jìn)我國(guó)建筑業(yè)的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介

龔正軒（1997-）、男、漢族、籍貫湖北潛江人、在校本科生、職稱(chēng)大學(xué)生、學(xué)歷重慶大學(xué)本科、主要研究方向?yàn)橥聊窘ㄖこ?/p>

（作者單位：重慶大學(xué)）