房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)用優(yōu)化技術(shù)分析

王健雄

摘要：眾所周知，建筑業(yè)是我國經(jīng)濟發(fā)展不可或缺的重要行業(yè)，所以國家對于結(jié)構(gòu)優(yōu)化措施研究也十分重視。進行結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化，首先要保證結(jié)構(gòu)安全，其次才是節(jié)約成本，是對工程師能力的極大考驗，即要求工程師有高超的技術(shù)水平，又要求有豐富的工程設(shè)計經(jīng)驗。合理經(jīng)濟的結(jié)構(gòu)體系選擇，是一個多因素的復(fù)雜的系統(tǒng)工程，接下來我們具體了解結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化措施，并分析其優(yōu)化意義。

關(guān)鍵詞：房屋；建筑結(jié)構(gòu)；設(shè)計；應(yīng)用；優(yōu)化；技術(shù)

結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化主要從控制成本、節(jié)約資源的角度對設(shè)計進行一一排查，排除結(jié)構(gòu)設(shè)計的死角和盲區(qū)，剔除設(shè)計中的虛高，避免浪費不必要的成本，如同人減去身上多余脂肪，以達到健美的目的。結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的目的，不是以犧牲建筑適用性、結(jié)構(gòu)安全度和抗震性能來達到的。優(yōu)化技術(shù)在結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)用中應(yīng)注意，在項目展開的各個環(huán)節(jié)中都充分參與，做好每一個設(shè)計環(huán)節(jié)的優(yōu)化工作，隨著計算機技術(shù)和各種設(shè)計工具軟件的飛速發(fā)展，這使得結(jié)構(gòu)設(shè)計更容易展開，各種實際問題的分析解決也更加便利。

1結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化概念

結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計是指在已經(jīng)給定的約束條件下，以結(jié)構(gòu)安全和成本最低為目標(biāo)，求出最好的設(shè)計方案。

2結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化必要性

對于投資方來說，結(jié)構(gòu)成本約占整體造價的55%以上，進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化可使建筑工程總造價降低8%以上.這筆隱形的利潤，被投資者愈發(fā)看重，不惜耗費時間財力進行設(shè)計優(yōu)化，以達到利益的增收。對于設(shè)計單位來說，現(xiàn)階段設(shè)計人員的技術(shù)水平參差不齊，設(shè)計周期控制緊張，同時設(shè)計人員對工程是終身負責(zé)制，這些原因?qū)е略O(shè)計人員不重視工程造價的控制，一味放大安全系數(shù)，致使設(shè)計偏于保守，造成不必要的損失和浪費。進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，有助于督促設(shè)計人員提高技術(shù)水平，反復(fù)調(diào)整結(jié)構(gòu)模型，充分利用各構(gòu)件的承載力特點，使他們的作用發(fā)揮到極致，注重經(jīng)驗的必要性，設(shè)計出高質(zhì)量的優(yōu)化設(shè)計，使設(shè)計單位在競爭中處于不敗之地。對于國家來說，進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，有利益節(jié)約材料，保護環(huán)境，符合節(jié)材、低碳、綠色的政策，對于可持續(xù)發(fā)展有著重大意義。

3優(yōu)化技術(shù)的實際應(yīng)用

3.1結(jié)構(gòu)方案的優(yōu)化分析

結(jié)構(gòu)體系的選擇對造價影響甚大，如不規(guī)則結(jié)構(gòu)比規(guī)則結(jié)構(gòu)含鋼量大；短肢剪力墻結(jié)構(gòu)比普通剪力墻結(jié)構(gòu)含鋼量大，框架結(jié)構(gòu)比砌體結(jié)構(gòu)含鋼量大等等。因此設(shè)計人員在滿足建筑功能的前提下，一定要選擇合理的結(jié)構(gòu)方案，這是結(jié)構(gòu)設(shè)計的前提。結(jié)構(gòu)的平、立面布置宜規(guī)則，結(jié)構(gòu)體型適當(dāng)，在與建筑方案協(xié)調(diào)時應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)的高寬比、長寬比。結(jié)構(gòu)各部分的質(zhì)量和剛度宜均勻、連續(xù)。結(jié)構(gòu)的傳力途徑簡潔明確，豎向構(gòu)件連續(xù)貫通。結(jié)構(gòu)設(shè)計時，可通過設(shè)置結(jié)構(gòu)縫將結(jié)構(gòu)分割為相對獨立的單元，以避免局部部位的不規(guī)則影響整體結(jié)構(gòu)。

3.2地基基礎(chǔ)設(shè)計優(yōu)化分析

基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的造價與工程所在地的地質(zhì)條件密切相關(guān)，造價約占總造價的10%—20%，基礎(chǔ)工程設(shè)計優(yōu)化的重要性顯而易見。選取基礎(chǔ)平面布置方案時，應(yīng)盡量使建筑物的重心和基礎(chǔ)的平面形心重合，以避免局部地基反力過大。在計算分析中，建筑上部結(jié)構(gòu)、地基與基礎(chǔ)有著互相影響和制約的聯(lián)系，可以嘗試將其作為一個整體來進行計算，這樣可以減小基礎(chǔ)整體變形彎曲程度和降低內(nèi)力，從而減小基礎(chǔ)尺寸。在確定基礎(chǔ)厚度時，不能為了使抗沖切強度和抗剪強度滿足，而一味的提高基礎(chǔ)厚度，應(yīng)分析不滿足的原因和不滿足的位置，可局部設(shè)置暗梁，或?qū)⒅图袅χ車植考雍?，形成墩座式筏板基礎(chǔ)。在基礎(chǔ)的構(gòu)造設(shè)計中，應(yīng)選用水化熱低和安定性好的水泥，這樣可以預(yù)防和控制基礎(chǔ)混凝土由水泥水化熱引起的裂縫?？傊A(chǔ)設(shè)計的合理性對建筑物的安全、使用和投資額度有著重要的關(guān)系。設(shè)計人員除了依據(jù)軟件計算結(jié)果還應(yīng)當(dāng)科學(xué)的分析，適當(dāng)增加基礎(chǔ)面積，以降低地基反力，減少鋼筋用量，不斷提高工程的經(jīng)濟效益。

3.3主體結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化分析

對于不同的結(jié)構(gòu)形式，優(yōu)化的側(cè)重點也不一樣。對于框架結(jié)構(gòu)，柱網(wǎng)的布置至關(guān)重要，它直接影響柱的受荷面積從而決定柱的截面尺寸，粱的截面尺寸也與柱網(wǎng)尺寸息息相關(guān)，一般梁高為柱網(wǎng)間距的1/12。因而，柱網(wǎng)布局是否合理對工程造價影響很大，設(shè)計人員在承載力滿足的前提下，應(yīng)反復(fù)調(diào)整柱網(wǎng)，以尋求最經(jīng)濟的耗材。框架結(jié)構(gòu)中柱占上部結(jié)構(gòu)鋼筋用量的20%左右，梁50%左右，板20%左右。柱網(wǎng)大，樓板用鋼筋量大，反之，柱用鋼筋量大，優(yōu)化的重點是梁，采用強柱弱梁，粱的配筋宜采用分離式配筋，梁寬避免大于350mm，箍筋采用兩肢箍，縱向配筋面積滿足承載力即可。對于剪力墻結(jié)構(gòu)，墻、柱鋼筋比例最高，約占上部鋼筋用量的40%左右，這是優(yōu)化的重點。剪力墻布置合理與否直接關(guān)系到整個結(jié)構(gòu)的技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)，設(shè)計人員應(yīng)遵循的原則是：強周邊，弱中部；多長墻，少短墻；多規(guī)則，少復(fù)雜。對于受力鋼筋，當(dāng)直徑大于12mm時，避免采用非綁扎搭接。對于砌體結(jié)構(gòu)，除梁、板、柱等受力構(gòu)件，需要計算配筋外，其它非受力構(gòu)件如圈梁、構(gòu)造柱等，均依據(jù)抗震設(shè)防烈度、房屋高度、房屋規(guī)則性等，采用構(gòu)造配筋即可。

3.4節(jié)能方面設(shè)計技術(shù)優(yōu)化

建筑耗能伴隨著建筑總量的不斷增加，呈急劇上升趨勢，如果不采取有力措施，對于資源相對匱乏的中國，建筑節(jié)能已迫在眉睫。優(yōu)化設(shè)計是建筑節(jié)能的根本途徑。在設(shè)計過程中，應(yīng)當(dāng)對建筑的方位、體型、朝向進行優(yōu)化，必須要為充分利用自然風(fēng)、陽光等自然資源創(chuàng)造條件。同時，也須對建筑用料進行優(yōu)化，充分考慮利用當(dāng)?shù)靥烊回S富的資源，減少大量不必要開發(fā)和運輸，才能贏得較高利益。

3.5建筑抗震性能設(shè)計優(yōu)化

20世紀(jì)90年代初，美國學(xué)者提出了抗震性能設(shè)計。結(jié)構(gòu)抗震性能目標(biāo)的選定，直接影響結(jié)構(gòu)的用鋼量從而影響工程造價。設(shè)計人員應(yīng)根據(jù)使用者對結(jié)構(gòu)的不同使用要求，確定相對應(yīng)的性能水準(zhǔn)和性能目標(biāo)。

4結(jié)語

綜上所述，要想在節(jié)約建筑成本與建造高質(zhì)量工程中有效統(tǒng)一，就需要一定的建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，實現(xiàn)在資源的有限條件下使建筑的質(zhì)量功能水平最優(yōu)化，發(fā)揮資源的最大功效，這對建筑業(yè)的發(fā)展以及未來經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展都有著很重要的作用。

參考文獻：

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[2]楊德鵬.房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中優(yōu)化技術(shù)的應(yīng)用[J].住宅與房地產(chǎn)，2017.

（作者單位：河北省水利水電勘測設(shè)計研究院）