探討結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化在建筑設(shè)計中的應(yīng)用

史翰文 黃金有

摘 要：目前，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計是保證主體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、安全的基礎(chǔ)條件，做好結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化能提高建筑物的外觀質(zhì)量、功能價值與安全性，并且有助于人們生活質(zhì)量的提升。文章分析了結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化在建筑設(shè)計中的應(yīng)用，以供參考。

關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化;建筑設(shè)計;應(yīng)用

1 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法的意義

（1） 符合行業(yè)發(fā)展需求。就目前建筑行業(yè)發(fā)展狀況來看，建筑物的高度越來越高，怎樣有效降低建筑結(jié)構(gòu)的造價，怎樣才能保證后期工作安全有效，就要保證建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方案的科學(xué)能夠最大限度的滿足使用需求。

（2）符合可持續(xù)發(fā)展觀。在可持續(xù)發(fā)展觀念的影響下，推動建筑行業(yè)持續(xù)發(fā)展，建筑行業(yè)工作者就必須要重視建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計，提高建筑工程在和建筑后期應(yīng)用的合理性和安全性。根據(jù)對以往的建筑造價統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，堅持可持續(xù)發(fā)展的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化能夠有效的提高建筑物的使用壽命和提高社會經(jīng)濟效益。

2 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的主要原則

（1） 功能性原則。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的功能性原則不僅對設(shè)計有重要作用，對建筑物更是極為重要。功能性主要指建筑結(jié)構(gòu)在工程過程中的使用效果以及建筑完成后所生產(chǎn)的經(jīng)濟效益和社會效益?？紤]功能性是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中重要的考慮因素，不僅要注重建筑功能使用，還要保證建筑物在后期應(yīng)用中的效益。

（2）安全性原則。安全性可以說是每一個建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計必須要考慮的因素，每個建筑結(jié)構(gòu)組成部分都需要考慮它的安全性和可靠性。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的安全性必須要考慮實際施工情況，不能紙上談兵。如果安全性只停留于設(shè)計方案中，而沒有與實際工作相結(jié)合，那么安全性原則的意義也沒有任何意義，既不會提高建筑工程的安全性，也會損失經(jīng)濟利益。

（3）綠色環(huán)保原則。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中注重綠色環(huán)保，使用綠色建筑材料對提高建筑質(zhì)量和滿足人們對建筑的需求有重要的意義，還能夠促進環(huán)境保護，促進可持續(xù)發(fā)展。

3 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的重點

對于結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化，重點應(yīng)從以下幾方面考慮。（1）在滿足建筑使用功能和建筑效果的前提下，對建筑柱網(wǎng)布置進行合理優(yōu)化。（2）對地基基礎(chǔ)選型進行優(yōu)化。（3）對上部結(jié)構(gòu)選型進行優(yōu)化。（4）對上部結(jié)構(gòu)布置進行優(yōu)化。對于以上的優(yōu)化內(nèi)容不是獨立而無條件的，而是相互聯(lián)系，需根據(jù)不同的條件做不同的優(yōu)化。結(jié)構(gòu)優(yōu)化不是追求局部最優(yōu)，而是應(yīng)該追求整體最優(yōu)。

4 建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化的主要內(nèi)容

（1）注重設(shè)計試樁。設(shè)計試樁不僅是對地質(zhì)報告中地質(zhì)情況進行驗證，同時也可對勘察報告的設(shè)計參數(shù)進行修正，提高單樁承載力特征值。對于單樁承載力特征值的提高可節(jié)省在地基基礎(chǔ)中的投資，同時可加快施工速度。在同樣持力層、樁徑和樁長條件下，采用設(shè)計試樁提高了單樁承載力特征值。優(yōu)化了樁基礎(chǔ)布置，對成本的節(jié)約相當明顯。

（2） 選擇合理的地基基礎(chǔ)形式。在技術(shù)迅速發(fā)展的今天，幾年前的基礎(chǔ)設(shè)計思路在現(xiàn)今就可能落后。原先采用“防水板+地梁+承臺”的基礎(chǔ)方案在現(xiàn)今就不太適用，這種結(jié)構(gòu)形式既浪費材料也浪費人工?，F(xiàn)今主流是采用“防水板+承臺”這種無梁樓蓋的形式，施工方便、速度快，同時節(jié)省人工和材料。而采用不同的樁基礎(chǔ)方案對造價的影響更明顯。

（3）重視結(jié)構(gòu)體系的選擇。不同結(jié)構(gòu)體系對造價影響比較大，如異形柱框架結(jié)構(gòu)與普通框架結(jié)構(gòu)相比，單方含鋼量明顯要大。剪力墻的含鋼量也會比框架要大，短肢剪力墻含鋼量和普通剪力墻相比要大。這種結(jié)構(gòu)體系之間的造價差別是明顯的。針對建筑所在地的抗震設(shè)防烈度、風荷載、建筑布置情況，選用科學(xué)合適合理的結(jié)構(gòu)體系，尤為重要，對造價的影響相當大。

（4）重視豎向構(gòu)件的布置。針對不同外部條件，應(yīng)在結(jié)構(gòu)設(shè)計時注重豎向構(gòu)件的不同布置方式。如同為剪力墻結(jié)構(gòu)，對于低烈度風荷載小的地區(qū)，剪力墻翼緣以滿足規(guī)范最低要求條件即可，而對于高烈度地區(qū)，則需考慮強烈的水平地震作用引起剪力墻翼緣縱筋配筋量加大的情況，應(yīng)加長剪力墻翼緣長度減少縱筋配筋量。對于同一結(jié)構(gòu)體系，也應(yīng)注意柔與剛的平衡，根據(jù)計算結(jié)果，調(diào)整豎向構(gòu)件布置，達到剛?cè)嵯酀?/p>

（5）重視水平構(gòu)件與豎向構(gòu)件的協(xié)調(diào)。針對不同的建筑要求和地質(zhì)條件，梁板柱布置應(yīng)進行多方案的布置和比較，以達到綜合成本最優(yōu)。

（6）重視水平構(gòu)件的布置。梁板的布置應(yīng)根據(jù)建筑及荷載情況進行優(yōu)化，而不是一味地根據(jù)以往的經(jīng)驗與習(xí)慣來考慮布置。梁布置過密，即浪費材料又浪費支模成本和人工成本。應(yīng)根據(jù)具體情況具體分析來決定最優(yōu)布置方案。

5 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法應(yīng)用需要注意的問題

（1） 使用結(jié)構(gòu)優(yōu)化時，必須考慮前期參與。對于前期設(shè)計方案，方案質(zhì)量優(yōu)劣如何，對結(jié)構(gòu)總成本有著直接影響，在前期設(shè)計中，確定結(jié)構(gòu)設(shè)計方案時，一般認為不需要結(jié)構(gòu)設(shè)計人員參與其中，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時，大多數(shù)設(shè)計人員不重視結(jié)構(gòu)可行性、合理性，如果采取這樣的設(shè)計結(jié)果，必然會影響結(jié)構(gòu)設(shè)計，使得結(jié)構(gòu)設(shè)計難度明顯增加，也會提高結(jié)構(gòu)成本。所以，在設(shè)計結(jié)構(gòu)方案時，設(shè)計人員應(yīng)充分考慮到結(jié)構(gòu)設(shè)計的前期參與，從第一步的方案優(yōu)化開始，設(shè)計出優(yōu)質(zhì)的設(shè)計方案、結(jié)構(gòu)形式，以節(jié)省成本。

（2）重視細部優(yōu)化。除重視整體設(shè)計，必須考慮結(jié)構(gòu)基本構(gòu)件設(shè)計，例如現(xiàn)澆板設(shè)計，需盡可能劃分矩形板塊，既能滿足現(xiàn)澆板受力要求，又可防止出現(xiàn)拐角裂縫。同時，在現(xiàn)代技術(shù)運用中，結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計和計算機技術(shù)的有機結(jié)合，對于具體優(yōu)化設(shè)計，在優(yōu)化設(shè)計上，須考慮工程實踐轉(zhuǎn)化成數(shù)學(xué)問題。所以，工程設(shè)計人員應(yīng)利用計算機的計算優(yōu)勢多方案比較進行優(yōu)化設(shè)計。

（3）整體優(yōu)化與局部優(yōu)化。對于任何結(jié)構(gòu)設(shè)計，都具備層次性、復(fù)雜性特點，立足層次角度，包括了結(jié)構(gòu)體系、各分部受力構(gòu)件，在房屋設(shè)計過程中，設(shè)計人員必須優(yōu)化每個環(huán)節(jié)。立足復(fù)雜性角度，一般包含結(jié)構(gòu)類型、結(jié)構(gòu)布置和原料選取。因此，針對任何房屋建筑，需優(yōu)化整體結(jié)構(gòu)的同時要優(yōu)化各分部受力構(gòu)件。達到整體最優(yōu)的目的。

總之，要與實際施工情況相結(jié)合，及時調(diào)整設(shè)計方案。通過建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方案，提高建筑工程合理性和科學(xué)性，保證建筑質(zhì)量。

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