淺析建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的發(fā)展前景

文/郭周超 中煤邯鄲設(shè)計(jì)工程有限責(zé)任公司 河北邯鄲 056031

1、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的意義

在建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)積極引進(jìn)先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念，并結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行成本控制。具體來說，房屋建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的內(nèi)容一般是指通過對(duì)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)、層間結(jié)構(gòu)方案、建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)方案、其余細(xì)部結(jié)構(gòu)等的綜合設(shè)計(jì)優(yōu)化過程且優(yōu)化過程中注重與施工現(xiàn)場(chǎng)的情況相結(jié)合，并結(jié)合成本控制進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。

優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包含的內(nèi)容是多方面的，不僅僅包括細(xì)節(jié)方面的設(shè)計(jì)工作，還包括整體的工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案，強(qiáng)化細(xì)化管理目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。必須做好造價(jià)分析，受力分析，選型分析等等，應(yīng)該努力結(jié)合現(xiàn)實(shí)，促進(jìn)結(jié)構(gòu)的改進(jìn)和創(chuàng)新。在整體層面滿足設(shè)計(jì)師所提出的新型設(shè)計(jì)理念，保障平面布置對(duì)稱的合理性，實(shí)現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程所最追求的最優(yōu)解。

2、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的理念

主體結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，必須在一定的基本原則下進(jìn)行，才可以保障所設(shè)計(jì)的優(yōu)化措施能夠切實(shí)達(dá)到優(yōu)化的效果和目的，具體而言，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化中，必須遵從以下基本原則：

2.1 安全原則——即在結(jié)構(gòu)優(yōu)化后，必須保障建筑的正常使用和使用安全，不能出現(xiàn)部分功能優(yōu)化后導(dǎo)致整個(gè)建筑的其他功能不能正常使用，或使用安全性不足的問題出現(xiàn)；結(jié)構(gòu)的優(yōu)化不是“吃”規(guī)范的安全系數(shù)，而是通過技術(shù)的碰撞和交流，形成安全度更高的結(jié)構(gòu)體系。

2.2 概念優(yōu)先——建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方面，應(yīng)在強(qiáng)柱弱梁、強(qiáng)剪弱彎的優(yōu)化理念下進(jìn)行，在結(jié)構(gòu)方案布置時(shí)，具有合理的剛度和承載力分布，做到少調(diào)整甚至不調(diào)整。結(jié)構(gòu)的豎向構(gòu)件設(shè)計(jì)應(yīng)予以概念性強(qiáng)化，進(jìn)行加強(qiáng)設(shè)計(jì)，各構(gòu)件配筋部分則應(yīng)根據(jù)計(jì)算結(jié)果精細(xì)設(shè)計(jì)。

2.3 局部加強(qiáng)——應(yīng)保障整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)在剛度上的合理，在一些關(guān)鍵承力部分甚至進(jìn)行局部加強(qiáng)；優(yōu)化的宗旨是優(yōu)，優(yōu)化的過程更是需要對(duì)原結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中忽略的方面進(jìn)行復(fù)核、調(diào)整乃至較強(qiáng)。

2.4 有效核減——這也是當(dāng)前結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的直接訴求，即盡可能地對(duì)部分非重要結(jié)構(gòu)構(gòu)件的尺寸進(jìn)行減小，對(duì)整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行有效的核減，一方面減少建筑的自重，降低地震作用和對(duì)地基的壓力，另一方面也降低建筑成本，達(dá)到結(jié)構(gòu)整體經(jīng)濟(jì)性較好的目標(biāo)。

3、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的主要內(nèi)容

3.1 地基基礎(chǔ)

在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，地基基礎(chǔ)部分十分重要，它會(huì)極大地影響建筑高度和建筑的安全性等。因此，在房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)對(duì)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，通過方案比選選擇最佳基礎(chǔ)形式和設(shè)計(jì)方案。例如，設(shè)計(jì)樁基礎(chǔ)時(shí)，應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)具體的地質(zhì)及水文地質(zhì)情況，優(yōu)化設(shè)計(jì)基礎(chǔ)埋深和選型等內(nèi)容，從而選出最適合的樁基類型。在基礎(chǔ)埋深較深情況下，需綜合現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地各種因素全面勘察和設(shè)計(jì)基礎(chǔ)選型。

3.2 混凝土結(jié)構(gòu)

抗震是建筑物必需的性能。鋼筋混凝土作為抗震的主要材料對(duì)于建筑物抗震的性能有大的影響。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)要根據(jù)樓層的高度采取合理的抗震防烈度。作為當(dāng)前所有結(jié)構(gòu)類型中應(yīng)用最為廣泛的材料主體，在優(yōu)化設(shè)計(jì)過程中應(yīng)詳細(xì)分析所選用結(jié)構(gòu)類型，是否充分考慮混凝土的受壓性能和鋼筋的抗拉性能，以及混凝土結(jié)構(gòu)剛度較好的優(yōu)點(diǎn)，并結(jié)合相關(guān)規(guī)范和設(shè)計(jì)手冊(cè)，進(jìn)行主次分明的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)概念。

3.3 砌體結(jié)構(gòu)

在房屋建筑結(jié)構(gòu)中，砌體一般用于抵抗側(cè)向位移并承重。砌體結(jié)構(gòu)具有復(fù)雜多變的布置方式，可以對(duì)其展開以下優(yōu)化設(shè)計(jì)，優(yōu)化設(shè)計(jì)平立面結(jié)構(gòu)，以確保建筑具有規(guī)則的外形，宜規(guī)則對(duì)稱布置抗側(cè)力構(gòu)件平面，并沿豎向宜均勻改變側(cè)向剛度。另外，在整體建筑設(shè)計(jì)中，還應(yīng)對(duì)門窗的開口尺寸進(jìn)行優(yōu)化，以促進(jìn)建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)固性的提高。

3.4 鋼結(jié)構(gòu)

鋼結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)是一個(gè)系統(tǒng)的，復(fù)雜的工作。其基本原則是設(shè)計(jì)的概念要清楚明確，結(jié)構(gòu)形式的選取要與實(shí)際結(jié)合，在滿足現(xiàn)場(chǎng)操作的基礎(chǔ)上做到合理布局，還要結(jié)合最新的計(jì)算機(jī)技術(shù)通過多種方案的比較分析得出比較合理的設(shè)計(jì)方案，在滿足了這幾點(diǎn)后，設(shè)計(jì)才能與施工完美結(jié)合，并最終建設(shè)出好的建筑作品。

3.5 協(xié)調(diào)施工

未來的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)融入總包管理、服從總包安排，提供優(yōu)質(zhì)服務(wù)，設(shè)計(jì)師應(yīng)具有相應(yīng)的策劃咨詢能力，建立設(shè)計(jì)優(yōu)化意識(shí)，自覺開展設(shè)計(jì)優(yōu)化，為施工提供便利，為項(xiàng)目創(chuàng)作效益，設(shè)計(jì)方應(yīng)全過程跟蹤現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)，高度關(guān)注安全生產(chǎn)，確保設(shè)計(jì)施工全過程安全，利用好BIM平臺(tái)，為設(shè)計(jì)施工一體化提供堅(jiān)實(shí)技術(shù)手段。

結(jié)論：

（1）結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)一定要以保證安全為前提。

（2）優(yōu)化設(shè)計(jì)應(yīng)以概念優(yōu)化為先，具體措施為輔的策略進(jìn)行，避免為了單純?yōu)榱私?jīng)濟(jì)而優(yōu)化的理念。

（3）優(yōu)化過程中針對(duì)原設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的錯(cuò)誤和缺陷，應(yīng)提出修改建議或者進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)。

（4）只有與項(xiàng)目建設(shè)、施工過程結(jié)合起來的設(shè)計(jì)優(yōu)化才更有意義，更有生命力。