探討房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的優(yōu)化技術(shù)

摘 要 針對(duì)房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在簡(jiǎn)述房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化作用與重要性的基礎(chǔ)上，對(duì)房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化內(nèi)容與重點(diǎn)進(jìn)行深入分析，并提出結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法，以此為實(shí)際的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化提供可靠參考借鑒。

關(guān)鍵詞 房屋建筑;結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);設(shè)計(jì)優(yōu)化

在房屋建筑工程建設(shè)中，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為重要內(nèi)容，對(duì)工程建設(shè)過(guò)程與質(zhì)量都有很大影響，而單純的設(shè)計(jì)也有不合理之處，造成施工與造價(jià)等一系列問(wèn)題。對(duì)此，在實(shí)際工作中，應(yīng)重視和做好結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化，通過(guò)優(yōu)化找出所有不足，并加以解決，使結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)達(dá)到預(yù)期要求，為后續(xù)的施工與使用奠定良好基礎(chǔ)。

1房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化作用與重要性

從房屋建筑工程成本控制角度講，設(shè)計(jì)優(yōu)化具有十分重要的作用，但設(shè)計(jì)優(yōu)化容易被忽略，或不具備進(jìn)行優(yōu)化的能力。

設(shè)計(jì)優(yōu)化實(shí)際上就是在工程成本控制方面對(duì)原設(shè)計(jì)實(shí)施排查，找出設(shè)計(jì)死角與盲區(qū)，并將其排除，并發(fā)現(xiàn)差錯(cuò)，對(duì)不足予以糾正，減少不安全因素，從而避免成本流失。對(duì)原設(shè)計(jì)當(dāng)中無(wú)價(jià)值的、虛高的成本予以剔除[1]。

可將結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化形象地比喻成減肥，減去多余脂肪，實(shí)現(xiàn)健美的目標(biāo)。在設(shè)計(jì)中增加構(gòu)件的截面，并增大配筋率，并非完全可以提高結(jié)構(gòu)體系安全度，甚至適得其反，使結(jié)構(gòu)自重增大，導(dǎo)致超筋破壞。

然而，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化也非簡(jiǎn)單的挑錯(cuò)，主要是采用交流與溝通方式使設(shè)計(jì)更加經(jīng)濟(jì)與合理。在工程設(shè)計(jì)優(yōu)化當(dāng)中，以結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化有著最大的空間，這是因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)成本具有很大的離散性與彈性，對(duì)成本控制具有重要意義。

2房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化內(nèi)容與重點(diǎn)

對(duì)于房屋建筑工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化，若按優(yōu)化深度難易程度可分成下列幾個(gè)層次：第一，對(duì)結(jié)構(gòu)體系和建筑基礎(chǔ)類(lèi)型進(jìn)行和對(duì)比、選擇;第二，糾正設(shè)計(jì)人員對(duì)相關(guān)規(guī)范的錯(cuò)誤理解;第三，修正建筑結(jié)構(gòu)說(shuō)明中不合理和不適用的各項(xiàng)條款;第四，改正不科學(xué)的鋼筋構(gòu)造;第五，糾正設(shè)計(jì)圖紙中的錯(cuò)誤。

對(duì)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化并不是單純將降低成本作為主要目的，而是對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行改進(jìn)，使整體都達(dá)到最優(yōu)。采用對(duì)不同方案實(shí)施選型與經(jīng)濟(jì)性分析的方法，為相關(guān)決策提供可靠依據(jù);對(duì)會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)造成影響的所有因素開(kāi)展分析，使技術(shù)措施達(dá)到統(tǒng)一;調(diào)整構(gòu)件的截面與布置，復(fù)核各項(xiàng)計(jì)算參數(shù)[2]。

對(duì)概念設(shè)計(jì)要予以高度重視，力求在宏觀上保證結(jié)構(gòu)安全性，并以力學(xué)概念與相關(guān)工程經(jīng)驗(yàn)為依據(jù)進(jìn)行綜合判斷。

在實(shí)際的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化過(guò)程中，應(yīng)重視下列幾方面內(nèi)容：

（1）保證所選平面與立面的規(guī)則性，內(nèi)收與外挑均不能過(guò)大，防止應(yīng)力突變和薄弱層，使受力始終保持均衡。減少或不設(shè)置轉(zhuǎn)換層，特別是高位轉(zhuǎn)換，在同一建筑中，盡可能防止多功能與用途的復(fù)雜設(shè)計(jì)。現(xiàn)在的建筑設(shè)計(jì)大多重視外觀新奇，忽略了成本，也未對(duì)抗震等予以充分考慮。當(dāng)建筑造型較為復(fù)雜時(shí)，更容易受到地震作用影響，對(duì)抗震性能提出更高要求，導(dǎo)致成本增加。此時(shí)，應(yīng)遵循簡(jiǎn)約即美的基本理念，從根本上摒棄復(fù)雜而丑。

（2）使剛度和延性保持平衡。當(dāng)結(jié)構(gòu)的剛度增加時(shí)，其含鋼量將變大，這樣會(huì)使延性變差，使地震作用后的反應(yīng)明顯增大，降低了結(jié)構(gòu)的抗震性能。對(duì)于結(jié)構(gòu)延性，其本質(zhì)在于增強(qiáng)結(jié)構(gòu)抵抗變形的能力，避免結(jié)構(gòu)發(fā)生整體破壞。優(yōu)化中，可采取減少剛度和提高延性的措施來(lái)保證抗震性能，并節(jié)省鋼筋用量。

（3）重視結(jié)構(gòu)體系優(yōu)化選擇，因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)體系會(huì)對(duì)造價(jià)造成很大的影響，比如對(duì)于異形柱框架，其含鋼量要比普通框架多很多;又比如短肢剪力墻，其含鋼量也比普通剪力墻多很多[3]。

（4）選擇適宜的基礎(chǔ)形式，現(xiàn)在的房屋建筑可使用很多類(lèi)型的基礎(chǔ)，如獨(dú)立基礎(chǔ)、條形基礎(chǔ)、樁基礎(chǔ)、筏板基礎(chǔ)，不同的基礎(chǔ)有著不同的特點(diǎn)，通常以復(fù)合基礎(chǔ)最為常用，也就是對(duì)多種基礎(chǔ)進(jìn)行組合，但要注意，組合種類(lèi)應(yīng)避免過(guò)大，使基礎(chǔ)體系保持簡(jiǎn)潔。若底板為梁板式，則對(duì)基礎(chǔ)梁進(jìn)行計(jì)算時(shí)，必須對(duì)承臺(tái)予以充分考慮，尤其是在裂縫寬度的確定過(guò)程中，梁應(yīng)取承臺(tái)邊緣彎矩來(lái)控制，將承臺(tái)計(jì)算到結(jié)構(gòu)柱邊。

（5）地下室頂板也有很多結(jié)構(gòu)形式，其中，采用空心樓蓋能減少混凝土與鋼材使用量，但其厚度較大，會(huì)減小層高。若設(shè)計(jì)中將地下室的頂板作為建筑嵌固層，則不建議在設(shè)計(jì)中使用這種結(jié)構(gòu)形式。

（6）對(duì)于剪力墻結(jié)構(gòu)，其鋼筋用量較大，在整個(gè)上部結(jié)構(gòu)中約占60%，以墻柱用鋼量的占比可以達(dá)到最高，此為優(yōu)化關(guān)鍵點(diǎn)，內(nèi)容有墻柱布置、墻柱截面尺寸、墻柱鋼筋設(shè)置。對(duì)于墻柱上的縱筋，若直徑超過(guò)12mm，則搭接不可使用綁扎。另外，墻體的布置還會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)造成影響，設(shè)計(jì)與優(yōu)化中應(yīng)嚴(yán)格遵循強(qiáng)周邊和弱中部基本原則[4]。

（7）當(dāng)柱網(wǎng)較大時(shí)，其樓蓋的用鋼量將增大，相反，會(huì)使柱的用鋼量增加?；诖耍瑑?yōu)化中需將梁作為重點(diǎn)，按照強(qiáng)柱弱梁基本原則進(jìn)行設(shè)計(jì)，嚴(yán)格控制梁的配筋。一般情況下，梁寬不能超過(guò)350mm，當(dāng)梁寬在350mm以?xún)?nèi)時(shí)，應(yīng)采用二肢箍，而超過(guò)350mm時(shí)，應(yīng)采用四肢箍，使箍筋實(shí)際用量增加80%左右。在非框架梁中，上部縱筋以支座負(fù)筋與架立筋相結(jié)合的形式為宜，盡可能減少搭接。如果梁下部縱筋超過(guò)兩排，則部分縱筋可不伸入至支座中，且箍筋局部重疊層數(shù)應(yīng)控制在2層以?xún)?nèi)。

（8）當(dāng)屋面較大時(shí)，建議采用結(jié)構(gòu)找坡的形式，這樣能在保證防水的同時(shí)，降低荷載，但結(jié)構(gòu)層找坡會(huì)使造價(jià)與荷載都增加。

（9）對(duì)于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)說(shuō)明，它是對(duì)軟件不包含的內(nèi)容實(shí)施經(jīng)濟(jì)性控制，尤其是要重視通用性，因?yàn)槿绻哂刑珡?qiáng)的通用性，將使設(shè)計(jì)產(chǎn)生嚴(yán)重浪費(fèi)?，F(xiàn)在的結(jié)構(gòu)說(shuō)明都有成熟的模板，無(wú)論適用與否，均羅列在其中，對(duì)設(shè)計(jì)人員而言，可直接復(fù)制。但不同建筑有不同特征，這種生搬硬套的做法是不可取的。

（10）在某些標(biāo)準(zhǔn)圖集上，都可以對(duì)不合理構(gòu)造實(shí)施更改，比如減少一定量的加腋梁鋼筋。在圖集上提出的構(gòu)造要求，雖然具有一定參考性，但很多都沒(méi)有開(kāi)展內(nèi)力試驗(yàn)，因此一味生搬硬套是不合理的。

3房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方式

3.1 過(guò)程優(yōu)化

即事前指導(dǎo)與事中控制，應(yīng)與設(shè)計(jì)同步進(jìn)行。在方案階段，主要是對(duì)結(jié)構(gòu)體系布置與造型進(jìn)行合理性認(rèn)證，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算與內(nèi)力分析，確認(rèn)是否正確;在擴(kuò)初階段，對(duì)結(jié)構(gòu)方案進(jìn)行對(duì)比與優(yōu)化，充分考慮所有關(guān)鍵環(huán)節(jié)，如地下室布置、基礎(chǔ)和結(jié)構(gòu)體系;在施工圖階段，主要是對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計(jì)進(jìn)行精細(xì)化管理，糾正所有不細(xì)致與不合理的做法，比如富余過(guò)大、配筋不合理、混凝土厚度不合理[5]。

3.2 結(jié)果優(yōu)化

結(jié)果優(yōu)化較為被動(dòng)，其優(yōu)化效果相對(duì)較差，主要是對(duì)設(shè)計(jì)圖紙實(shí)施事后復(fù)核，根據(jù)復(fù)核結(jié)果提出進(jìn)行優(yōu)化的建議或意見(jiàn)，并要求設(shè)計(jì)單位及時(shí)修改。

4結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化對(duì)房屋建筑工程的造價(jià)控制具有十分重要的作用與意義，因?yàn)樗茉诒ＷC結(jié)構(gòu)合理性與可靠性的基礎(chǔ)上，降低造價(jià)。在實(shí)際的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化中，應(yīng)充分關(guān)注各項(xiàng)要點(diǎn)，并加強(qiáng)過(guò)程優(yōu)化，保證結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化發(fā)揮應(yīng)有作用效果。

參考文獻(xiàn)

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[5] 李秀芬.建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用分析[J].建筑技術(shù)開(kāi)發(fā)，2018，45（06）：9-10.

作者簡(jiǎn)介

呂迎新（1974-），男，湖南省長(zhǎng)沙市人;現(xiàn)就職單位：湖南奉天建設(shè)集團(tuán)有限公司。