房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中優(yōu)化技術(shù)探討

文/薄純杰 煙臺市建筑設(shè)計研究股份有限公司 山東煙臺 264000

隨著我國城市化進(jìn)程的加快，城市人口急劇增加，加劇我國城市土地的寸土寸金的情況，增加建筑建設(shè)單位的經(jīng)濟(jì)壓力，建筑施工單位要想低投入高回報就需要重視優(yōu)化房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計。隨著國家宏觀調(diào)控國民經(jīng)濟(jì)，積極號召四節(jié)一環(huán)保，建設(shè)方和設(shè)計院應(yīng)積極響應(yīng)，在保障房屋美觀的前提條件下，對房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計進(jìn)行優(yōu)化，從而實現(xiàn)降低資金成本投入的目的。

1、優(yōu)化設(shè)計的原因

房屋建筑主體中，50%的成本通?；ㄙM在混凝土、鋼筋、砌體等建筑材料中，并且該部分費用也是組成工程造價的主要內(nèi)容。實踐表明，通過對結(jié)構(gòu)的優(yōu)化大約可有效降低總成本的10%～35%，對于大型建設(shè)工程，該部分費用風(fēng)險較低，且資金數(shù)額通常較大，因此，開展結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計不僅可以提高企業(yè)的資金周轉(zhuǎn)率和利潤，而且可以降低建設(shè)方的投資成本，具有巨大的經(jīng)濟(jì)價值。據(jù)不完全統(tǒng)計，影響工程質(zhì)量的主要因素為結(jié)構(gòu)設(shè)計問題，約占總事故原因的40%。目前，各設(shè)計單位技術(shù)水平存在一定的差異，因設(shè)計質(zhì)量造成工程項目返工、停工等現(xiàn)象十分常見。通過科學(xué)、合理的優(yōu)化設(shè)計，可提升設(shè)計質(zhì)量，并且在降低工程風(fēng)險，避免質(zhì)量缺陷等方面發(fā)揮著重要的作用，可以在降低非必要投資的條件下提高工程項目品質(zhì)，符合創(chuàng)建節(jié)約型社會主題。

2、房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的原則

2.1 安全性

隨著我國經(jīng)濟(jì)水平的不斷提高，人們?nèi)諠u重視日常居住環(huán)境，同時居住安全性也是不可忽略的重要問題。近幾年，少數(shù)建筑施工單位在施工過程中不嚴(yán)格按照要求使用符合規(guī)定的建筑施工材料，大大增加房屋建筑的安全隱患，嚴(yán)重威脅使用人員的財產(chǎn)安全與生命安全。就事實而言，對經(jīng)濟(jì)效益過分地追求，及容易導(dǎo)致對房屋建筑中危險因素視而不見的情況，嚴(yán)重時會加劇經(jīng)濟(jì)損失，因此在房屋建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化過程中需要重視房屋建筑的安全性。

2.2 功能性

房屋建筑的功能性可通過優(yōu)化設(shè)計體現(xiàn)，在優(yōu)化過程中，不能以除去建筑物內(nèi)部承壓梁的形式提升空間范圍，房屋建筑的功能和居住環(huán)境的舒適度是優(yōu)化設(shè)計的重要原則，尤其是在目前的經(jīng)濟(jì)條件下，對房屋設(shè)計進(jìn)行選擇時，消費者有更加具體的功能性要求，只有在滿足房屋功能性要求的條件下，建筑結(jié)構(gòu)才能發(fā)揮它的實際價值和作用。

2.3 環(huán)保性

近幾年，人們?nèi)諠u重視綠色環(huán)保理念，牢固樹立環(huán)保意識，而房屋建筑屬于耗能高的一項產(chǎn)業(yè)，會產(chǎn)生大量的廢料，消耗大量的能源資源，因而環(huán)境保護(hù)更為迫切。現(xiàn)階段，我國只有極少數(shù)的設(shè)計師在房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中注意到環(huán)保問題，其他均處在解決經(jīng)濟(jì)效益與安全隱患排除等層面中，不能充分體現(xiàn)綠色生活的理念。在房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化過程中，設(shè)計師既需要改良房屋建筑結(jié)構(gòu)，又需要避免環(huán)境污染與建筑材料浪費等問題，以實現(xiàn)房屋建筑行業(yè)曠綠色可持續(xù)發(fā)展。

3、房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化技術(shù)的應(yīng)用

3.1 結(jié)構(gòu)體系的優(yōu)化

現(xiàn)代建筑的功能和造型具有一定的復(fù)雜性。結(jié)構(gòu)體系的優(yōu)化主要是指在滿足建筑功能及造型的要求，滿足規(guī)范要求的前提下，通過合理的結(jié)構(gòu)布置來合理地節(jié)約工程造價。結(jié)構(gòu)體系對造價的影響很大，應(yīng)加強重視。應(yīng)根據(jù)建筑功能合理選擇結(jié)構(gòu)體系，應(yīng)選擇比較規(guī)則的平面和立面方案，盡量避免或少出現(xiàn)平面及立面豎向不規(guī)則的結(jié)構(gòu)布置。

3.2 加強數(shù)字技術(shù)應(yīng)用

隨著數(shù)字技術(shù)尤其是計算機的快速發(fā)展，傳統(tǒng)的計算分析和圖紙逐漸被數(shù)字化技術(shù)取代，在結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)影響分析和快速設(shè)計結(jié)構(gòu)方案時，數(shù)字化技術(shù)表現(xiàn)出了良好的適用性與可靠性。例如，可利用GAMES 軟件構(gòu)建模型，該軟件具有操作簡單、處理快捷等優(yōu)點，并在混合整數(shù)、線性及非線性優(yōu)化方面有廣泛的應(yīng)用價值。另外，可利用TBCAD 等軟件進(jìn)行科學(xué)、有效的建模分析和方案的優(yōu)化，從而更加直觀、準(zhǔn)確地展現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)形式。數(shù)字化計算機軟件為處理結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的必備工具，在處理復(fù)雜情況時體現(xiàn)出了較強的使用功能。

3.3 節(jié)能設(shè)計優(yōu)化技術(shù)應(yīng)用要點

現(xiàn)階段，可持續(xù)發(fā)展理念已經(jīng)深入各行各業(yè)，特別是在建筑行業(yè)當(dāng)中，節(jié)能優(yōu)化技術(shù)的運用，能夠減少施工材料的損耗和浪費，同時節(jié)省大量的施工費用。一般情況下，設(shè)計者可以從施工能源利用角度來分析，科學(xué)選擇建筑施工材料，并根據(jù)房屋結(jié)構(gòu)特點，做好預(yù)算工作，結(jié)合工程經(jīng)濟(jì)效益，確定最終的房屋建筑工程結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案。剪力墻設(shè)計作為房屋建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計重點，在優(yōu)化建筑工程剪力墻結(jié)構(gòu)時，設(shè)計者要特別注意以下問題：（1）保證建筑工程剪力墻高度符合相關(guān)規(guī)定。（2）在地下室頂板位置，要加強剪力墻嵌固，即使在地震條件下，房屋建筑工程結(jié)構(gòu)不會受到任何影響，并做好相應(yīng)的邊緣約束。（3）做好暗柱設(shè)計工作，明確剪力墻的暗柱位置，暗柱作為房屋建筑工程剪力墻的重要組成，不但會影響剪力墻的可靠性與安全性，而且嚴(yán)重影響房屋建筑的抗壓性。

3.4 建筑、室內(nèi)、結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)的優(yōu)化

結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)保證房屋建筑及室內(nèi)的美觀性、合理性。結(jié)構(gòu)柱及剪力墻要與建筑平面功能保持一致，在保證結(jié)構(gòu)安全的前提下，盡量減小結(jié)構(gòu)柱及剪力墻的截面尺寸。結(jié)構(gòu)梁的布置應(yīng)盡量和建筑墻體同寬，結(jié)構(gòu)梁比建筑墻寬時，應(yīng)將結(jié)構(gòu)梁向次要空間偏心，如廚房、衛(wèi)生間等。商品住宅對建筑1層大廳的美觀要求越來越嚴(yán)，受到建筑企業(yè)的重視，在大堂頂位置，應(yīng)避免布置梁，無法避免時盡量將梁上反或減小梁的高度。

結(jié)語：

在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中，應(yīng)用優(yōu)化技術(shù)不僅可有效提高建筑物耐久性、安全性以及功能性等特征，而且可以在滿足人們對多樣化居住需求的條件下，提升房屋的經(jīng)濟(jì)性與美觀性，并降低房屋建筑的建設(shè)成本。因此，設(shè)計人員在進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化時，應(yīng)結(jié)合自身經(jīng)驗充分利用優(yōu)化技術(shù)確定科學(xué)、合理的方案，盡可能地降低資金（成本）投入，提高項目經(jīng)濟(jì)性能。在實際工程應(yīng)用中，雖然結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計還存在各種各樣的困難，但是經(jīng)驗越豐富的設(shè)計人員應(yīng)利用現(xiàn)有技術(shù)方法和經(jīng)驗推動結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的進(jìn)一步發(fā)展。