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

張四軍

（山東省方圓經(jīng)緯設(shè)計集團(tuán)有限公司 山東濟(jì)南 250000）

在城鄉(xiāng)一體化建設(shè)不斷推進(jìn)的背景下，城市房屋建筑市場逐漸飽和，導(dǎo)致社會對房屋建筑需求量發(fā)生明顯改變，使得建筑行業(yè)競爭局勢更加激烈，為了確保建筑企業(yè)在競爭中不斷生存和發(fā)展，革新和優(yōu)化施工技術(shù)成為企業(yè)有利競爭的手段之一，不僅促進(jìn)了建筑項目整體結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，而且提高了建筑生產(chǎn)效益，降低了成本[1]?；诖耍疚慕Y(jié)合自身工作實踐經(jīng)歷，以房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化為研究對象，分析常見的優(yōu)化技術(shù)方法，為建筑行業(yè)施工技術(shù)的發(fā)展提供參考。

1 房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的重要性

房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理程度不僅與房屋建筑的安全性息息相關(guān)，而且與建設(shè)成本、建筑物整體外貌、建筑物內(nèi)部結(jié)構(gòu)等具有直接關(guān)系，在房屋建筑過程中占據(jù)重要地位。隨著現(xiàn)代化建筑理論的快速發(fā)展以及社會對建筑物需求理念的轉(zhuǎn)變，由單一的居住型逐漸向療養(yǎng)型、生活居住型、休閑型等多元化發(fā)展，這就使得建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化技術(shù)更加重要。因此，在熟練掌握基本建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計理論的基礎(chǔ)上，展開建筑結(jié)構(gòu)多元化優(yōu)化設(shè)計逐漸成為當(dāng)前建筑企業(yè)生存的有利因素。此外，在現(xiàn)代化建筑領(lǐng)域以高層建筑物、復(fù)雜建筑物為主體，尤其是對地下空間資源的利用程度越來越高，這就為建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)提出了更高的要求，才能提高建筑物的安全性能，有效降低建設(shè)成本。因此，發(fā)展房屋建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)具有重要的現(xiàn)實意義。

2 常見房屋建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)

2.1 整體優(yōu)化與局部優(yōu)化

房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計是一個復(fù)雜的過程，具有明顯的復(fù)雜性和層次性，尤其是現(xiàn)代化高層建筑物以及復(fù)雜建筑物，建筑結(jié)構(gòu)具有更加獨特的層次性。總體上，建筑結(jié)構(gòu)的層次性主要包括設(shè)計體系和結(jié)構(gòu)體系兩部分，前者主要體現(xiàn)在采用什么樣的建筑風(fēng)格、建筑方式等方面，后者主要體現(xiàn)在不同風(fēng)格系統(tǒng)下的建筑結(jié)構(gòu)方面。因此，對于建筑物層次性方面的優(yōu)化主要指的是設(shè)計過程中對建筑整體結(jié)構(gòu)下屬系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，使得最終建筑結(jié)構(gòu)更加合理。房屋建筑物是復(fù)雜的，是由不同的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)組成的復(fù)雜體，包括承重系統(tǒng)、水電系統(tǒng)等多方面，因此在房屋建筑設(shè)計過程中無論哪一方面出現(xiàn)設(shè)計不合理，就會導(dǎo)致整個建筑結(jié)構(gòu)不合理，進(jìn)而影響建筑的整體安全性能和美觀[2]。對于不同系統(tǒng)的設(shè)計進(jìn)行局部優(yōu)化，不僅減少了大量的工作量，提高建筑物的安全性能，還能使得局部設(shè)計更加美觀、更加貼合整體設(shè)計。因此，在房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，一般采用整體優(yōu)化和局部優(yōu)化相結(jié)合的方式進(jìn)行。

2.2 樁基優(yōu)化

樁基是房屋建筑物的基礎(chǔ)，是建筑物主要的受力載體之一，對建筑物的安全性能至關(guān)重要。在房屋建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化過程中常用的方法是預(yù)制樁。與灌注樁相比而言，預(yù)制樁的質(zhì)量更加容易控制，能夠獲得穩(wěn)定的預(yù)制樁產(chǎn)品，預(yù)制樁的施工流程也較灌注樁的施工流程簡單，更容易獲得性能穩(wěn)定的樁基；預(yù)制樁的施工周期遠(yuǎn)小于灌注樁的施工周期，有效的縮短了房屋建筑周期，提高了生產(chǎn)效率。因此，在房屋結(jié)構(gòu)優(yōu)化過程中要確保預(yù)制樁施工符合沉降標(biāo)準(zhǔn)，可以顯著的提高樁基安全性能。同時，在優(yōu)化預(yù)制樁結(jié)構(gòu)過程中應(yīng)優(yōu)先選用長度較大的樁基進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，目的在于確保預(yù)制樁與巖土體之間的摩擦力穩(wěn)定變化，即確保樁基的承載力在整體設(shè)計要求范圍內(nèi)。此外，樁基的受力結(jié)構(gòu)合理與否不僅影響房屋建筑物的安全性能，而且提高了地基不穩(wěn)定沉降概率。因此對預(yù)制樁的受力結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化處理，使得樁基的受力狀況更加均勻，可以有效的緩解地基不穩(wěn)定沉降問題，提高房屋建筑物的安全性。

2.3 房屋建筑上部結(jié)構(gòu)優(yōu)化

隨著城市現(xiàn)代化建設(shè)進(jìn)程的不斷加快，城市可供建設(shè)用地的面積越來越少，導(dǎo)致城市高層建筑物越來越多。建筑物層數(shù)越多，對地基承載力要求越高，可能有誘發(fā)的地基不均勻沉降問題更加突出[3]。因此對房屋建筑上部結(jié)構(gòu)的優(yōu)化顯得尤為重要。在房屋建筑上部結(jié)構(gòu)的優(yōu)化過程中常表現(xiàn)為剪力墻的優(yōu)化過程，應(yīng)注意以下幾個方面內(nèi)容：①在優(yōu)化過程中要確保剪力墻質(zhì)量的均勻程度，若優(yōu)化不合理導(dǎo)致剪力墻質(zhì)量不均勻，就會使得剪力墻不同位置的受力狀況存在明顯差異，在施工過程中可能導(dǎo)致局部剪力墻受力過大而破裂；②確保樓層平面剛度中心和結(jié)構(gòu)重心重合，若二者重合，則導(dǎo)致受力重心發(fā)生偏移，進(jìn)而使得承重墻的受力不平衡，不僅容易造成不均勻沉降等問題，還容易造成承重墻局部受力過大引起承重墻局部破裂等現(xiàn)象；③盡可能的消減外載荷的扭轉(zhuǎn)作用，在房屋建筑上部結(jié)構(gòu)中不可避免的存在外載荷的影響，若外載荷量過大，則產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)作用更加強烈，容易影響或改變整體受力狀況。因此，在優(yōu)化過程中應(yīng)結(jié)合房屋建筑結(jié)構(gòu)特征，選用大開間剪力墻，盡可能的增加墻肢數(shù)量，在確保建筑樓層平面剛度滿足設(shè)計要求的基礎(chǔ)上，盡可能的減少混凝土使用量。

2.4 房屋建筑與建筑結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)性優(yōu)化

對高層建筑物或者復(fù)雜建筑物來講，建筑物對建筑墻體和柱體的要求更高。因此在房屋建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化過程中除了確保建筑墻體與柱體滿足相應(yīng)行業(yè)標(biāo)注規(guī)范外，還需對建筑與結(jié)構(gòu)的協(xié)調(diào)性進(jìn)行優(yōu)化處理，在協(xié)調(diào)性優(yōu)化過程中應(yīng)盡可能的使房屋的進(jìn)深與開間保持一致性，不僅能夠提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性，而且對建筑結(jié)構(gòu)的外觀、內(nèi)觀布局的美化直觀重要。在高層建筑結(jié)構(gòu)或者復(fù)雜建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化過程中應(yīng)盡可能的避免復(fù)雜結(jié)構(gòu)的使用，盡可能的降低復(fù)雜設(shè)計的使用率，不僅能夠提高建筑施工效率，而且能夠減少施工錯誤。此外，盡可能的使得樓層截面面積與樓層高度保持協(xié)調(diào)。對于樓梯與電梯來說是常用的公共通道，設(shè)計合理與否與居民的生活息息相關(guān)，在優(yōu)化過程中在確保建筑結(jié)構(gòu)承重構(gòu)件強度和剛度滿足要求的基礎(chǔ)上對非承重構(gòu)件進(jìn)行優(yōu)化處理，盡可能的選用輕質(zhì)材料。

2.5 房屋建筑結(jié)構(gòu)與給排水系統(tǒng)的協(xié)調(diào)性優(yōu)化

給排水系統(tǒng)與居民的生活息息相關(guān)，包括廚房用水、浴室用水等系統(tǒng)，若給排水系統(tǒng)設(shè)計與建筑結(jié)構(gòu)不協(xié)調(diào)，不僅影響房屋內(nèi)部美觀，而且對人們的生活產(chǎn)生較大的影響。因此，加強房屋建筑結(jié)構(gòu)與給排水系統(tǒng)協(xié)調(diào)性優(yōu)化直觀重要。建筑物的給排水系統(tǒng)需要較大的機械設(shè)備，但由于機械設(shè)備的載荷強度較大，因此一般將給排水系統(tǒng)中的機械設(shè)備設(shè)計在地下室內(nèi)。此外，給排水機械設(shè)備差異較大，主要表現(xiàn)在設(shè)施管道粗細(xì)不一，因此應(yīng)對結(jié)構(gòu)中設(shè)計的孔徑位置、尺寸大小、預(yù)埋深度等進(jìn)行優(yōu)化，增強穿孔位置的穩(wěn)定性等。

3 結(jié)束語

綜上所述，房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中優(yōu)化技術(shù)是提高或改善建筑結(jié)構(gòu)的重要措施之一，也是建筑企業(yè)賴以生存的主要技術(shù)手段。在確保建筑物安全的基礎(chǔ)上，通過建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化處理盡可能的降低建筑成本，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。為了推動建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化技術(shù)發(fā)展，本文從四個方面講述了常見的優(yōu)化技術(shù)方法和注意事項，為行業(yè)設(shè)計人員提供參考。