房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化

李永增

（大同市二院建筑設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，山西大同037000）

目前，房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。為此，建筑單位需采取有效措施優(yōu)化房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)優(yōu)化能夠降低工程成本。在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化工作也需充分考慮工程預(yù)算能否滿足使用者對(duì)房屋的基本需求，基于合理原則做好建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的科學(xué)性與合理性。

1 房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化

1.1 房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化內(nèi)容

房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員應(yīng)準(zhǔn)確了解和把握建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的內(nèi)容。房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，要在確保建筑功能及安全的基礎(chǔ)上，認(rèn)真分析房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中可能遇到的問(wèn)題，選擇經(jīng)濟(jì)合理的設(shè)計(jì)方案，如圖1所示。房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，審計(jì)人員需認(rèn)真分析建筑房屋結(jié)構(gòu)的形式，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中優(yōu)選設(shè)計(jì)方案，采取切實(shí)可行的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化措施，以保證結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的整體效果。

圖1 房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.2 房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化作用

首先，房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化可有效增強(qiáng)房屋建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性。其次，采取科學(xué)合理的手段做好房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作，能夠保持建筑人力、物力和財(cái)力的持續(xù)供應(yīng)，在改進(jìn)建筑工程建設(shè)效率的同時(shí)，也可提高資源利用率，降低工程建設(shè)的成本投入。再次，房屋建筑工程設(shè)計(jì)中要充分滿足節(jié)能環(huán)保的要求，使用符合工程標(biāo)準(zhǔn)要求且污染少的材料，推動(dòng)綠色建筑行業(yè)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展，為實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能、環(huán)保目標(biāo)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。最后，在房屋建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)維護(hù)居民的安全，將房屋結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性視為設(shè)計(jì)工作核心要點(diǎn)，依據(jù)居民的實(shí)際需求維護(hù)建筑設(shè)計(jì)的科學(xué)性，采用先進(jìn)完善的設(shè)計(jì)方案，有效控制工程的設(shè)計(jì)周期，降低人力、物力和財(cái)力的消耗，從而切實(shí)提高工程的經(jīng)濟(jì)效益，促進(jìn)企業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展。

2 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的流程

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)具有一定的系統(tǒng)性和復(fù)雜性，且工作內(nèi)容較多，工程人員需先創(chuàng)建結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化模型，之后編制結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，隨后做好程序設(shè)計(jì)，最后進(jìn)行結(jié)果分析，以下筆者就對(duì)上述幾個(gè)步驟予以簡(jiǎn)要闡述。

2.1 創(chuàng)建結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化模型

建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化計(jì)算方案及優(yōu)化設(shè)計(jì)模型在建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中發(fā)揮著十分重要的作用。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化主要指在多個(gè)變量中，選擇最為核心和關(guān)鍵的參數(shù)，并以此為基礎(chǔ)建立函數(shù)模型，得出最佳參數(shù)。監(jiān)理模型的過(guò)程中，先要合理選擇設(shè)計(jì)變量，這直接關(guān)系到模型建立的科學(xué)性與合理性。另外，變量設(shè)計(jì)對(duì)參數(shù)選擇也有著不可忽視的影響?？茖W(xué)合理的變量可減少計(jì)算編程中的工作壓力。之后確定目標(biāo)函數(shù)。在確定目標(biāo)函數(shù)的過(guò)程中，應(yīng)篩選滿足函數(shù)條件的最優(yōu)解，隨后確定約束條件。如尺寸、強(qiáng)度、彈塑性和應(yīng)力等要求。在建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員務(wù)必保障約束條件均滿足設(shè)計(jì)要求。

2.2 編制優(yōu)化設(shè)計(jì)方案

建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中，多個(gè)約束條件及變量參數(shù)均是影響優(yōu)化過(guò)程的重要因素。因此，在計(jì)算的過(guò)程中要采取有效措施將約束條件變?yōu)榉羌s束條件，促進(jìn)設(shè)計(jì)優(yōu)化工作的有序開(kāi)展，如圖2所示。同時(shí)，全面考慮變量因素的影響，采取切實(shí)可行的計(jì)算方式，達(dá)到建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的總體目標(biāo)。

圖2 創(chuàng)建結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化模型

2.3 加強(qiáng)程序設(shè)計(jì)

程序設(shè)計(jì)主要指在確定設(shè)計(jì)優(yōu)化計(jì)算方案的前提下編寫(xiě)程序，并將程序直接導(dǎo)入計(jì)算機(jī)，后期計(jì)算中將數(shù)據(jù)輸入系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)在數(shù)據(jù)分析和計(jì)算后方可得出最終結(jié)果，以直觀生動(dòng)的方式展現(xiàn)給設(shè)計(jì)人員。

2.4 結(jié)果分析

結(jié)果分析在結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中發(fā)揮著不可忽視的作用，工作人員務(wù)必認(rèn)真分析計(jì)算機(jī)給出的數(shù)據(jù)信息，從而確定建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的最佳方案。在結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的過(guò)程中，要充分考慮多種因素的負(fù)面影響，推動(dòng)建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)工作的順利進(jìn)行，達(dá)到較為理想的設(shè)計(jì)效果。建筑工程設(shè)計(jì)和建設(shè)的過(guò)程中，需要大量的人力、物力和財(cái)力支持。結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的主要目的是減少工程在人力、物力和財(cái)力上的消耗，增強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，保證工程質(zhì)量。

具體來(lái)說(shuō)，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，需采取有效措施平衡建筑經(jīng)濟(jì)和技術(shù)的關(guān)系，這樣在體現(xiàn)技術(shù)優(yōu)越性的同時(shí)，也可降低資金消耗。與此同時(shí)，準(zhǔn)確理解和把握技術(shù)本身產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益，正確認(rèn)識(shí)技術(shù)優(yōu)化過(guò)程中的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)，合理利用先進(jìn)的技術(shù)形式。

3 房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的應(yīng)用

3.1 上部結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

建筑工程結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)在建筑工程項(xiàng)目中極為關(guān)鍵，設(shè)計(jì)人員一方面要保證結(jié)構(gòu)安全和建筑性能，另一方面也需適當(dāng)減少鋼筋混凝土用量。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)期間，上部結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)通常指的是梁板柱和結(jié)構(gòu)方案選型工作。在上部結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的過(guò)程中，要科學(xué)設(shè)置建筑剪力墻的數(shù)量和長(zhǎng)度，增強(qiáng)剪力墻結(jié)構(gòu)受力的均勻性和合理性。布置剪力墻結(jié)構(gòu)的過(guò)程中，可以設(shè)置少量框架柱。在剪力墻結(jié)構(gòu)中，要在不影響建筑功能的基礎(chǔ)上，合理布置框架柱，確保框架結(jié)構(gòu)所承受的地震傾覆力矩在結(jié)構(gòu)總傾覆力矩的10%以內(nèi)，保留剪力墻結(jié)構(gòu)形式。框架部分需采取框架—剪力墻結(jié)構(gòu)形式。剪力墻設(shè)計(jì)中的框架柱可有效減少混凝土的消耗量。剪力墻墻身應(yīng)按要求配置鋼筋，且鋼筋總量較大，而采用框架柱結(jié)構(gòu)則僅需幾根鋼筋，有效節(jié)約鋼筋的用量。

3.2 梁板柱配筋優(yōu)化設(shè)計(jì)

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段，設(shè)計(jì)人員應(yīng)先明確結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念，注重結(jié)構(gòu)體系受力的明確性和規(guī)則性，且傳力路徑也不宜過(guò)于復(fù)雜，準(zhǔn)確把握工程結(jié)構(gòu)，從而達(dá)到結(jié)構(gòu)梁板柱建設(shè)土配筋優(yōu)化設(shè)計(jì)的總體目標(biāo)，減少配筋的消耗與浪費(fèi)。如在設(shè)計(jì)樓板配筋施工圖時(shí)，板底配筋需充分滿足設(shè)計(jì)的規(guī)范和要求，并在符合裂縫及撓度規(guī)范的基礎(chǔ)上，依據(jù)實(shí)際計(jì)算數(shù)值組織開(kāi)展施工圖設(shè)計(jì)工作，以此替代已經(jīng)生成的板配筋。

又如，四級(jí)剪力結(jié)構(gòu)中，其他部位構(gòu)造邊緣構(gòu)件需要高度滿足計(jì)算和構(gòu)造要求，同時(shí)，構(gòu)造邊緣構(gòu)件的豎向鋼筋、固定鋼筋必須依據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范的總體要求選擇直徑長(zhǎng)度為12的鋼筋，中間可選用直徑長(zhǎng)度為10的鋼筋，以減少鋼筋消耗量，有效降低工程造價(jià)。

3.3 基礎(chǔ)工程優(yōu)化設(shè)計(jì)

建筑房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，地基主要起到承載建筑自重和應(yīng)力的作用，設(shè)計(jì)人員需采取有效措施優(yōu)化地基結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作，這樣一方面可維護(hù)結(jié)構(gòu)的安全性和可靠性，另一方面也能降低工程造價(jià)。建筑基礎(chǔ)在工程建設(shè)中尤為關(guān)鍵。地基基礎(chǔ)是房屋得以成功建成的前提，直接關(guān)系到建筑的安全性與穩(wěn)定性。房屋基礎(chǔ)造價(jià)在建筑總造價(jià)中所占比重較大，因此，加強(qiáng)基礎(chǔ)工程優(yōu)化設(shè)計(jì)可改進(jìn)房屋結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的效果。

勘測(cè)工作中，要求人員結(jié)合工程特點(diǎn)、房屋高度、豎向構(gòu)件內(nèi)力和場(chǎng)地土層結(jié)構(gòu)等，做好記錄工作，在日常工作中也需依據(jù)工程現(xiàn)場(chǎng)的水文地質(zhì)條件和周邊工地的施工經(jīng)驗(yàn)、施工周期和地下水等工程基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，對(duì)工程造價(jià)的負(fù)面影響，確定工程基礎(chǔ)的具體形式。

比如某項(xiàng)目是一棟20層的高層住宅，建設(shè)單位對(duì)設(shè)計(jì)單位提出了十分細(xì)致的要求，設(shè)計(jì)單位需要根據(jù)地質(zhì)勘測(cè)報(bào)告中的樁基類(lèi)型和豎向構(gòu)件的軸力設(shè)置三種基礎(chǔ)的施工圖紙，隨后工程預(yù)算人員進(jìn)行了全方位的經(jīng)濟(jì)分析，依據(jù)工程的難度和工期，選擇PHC預(yù)應(yīng)力管樁，這有效降低工程造價(jià)，縮短工程工期，顯著提高工程的經(jīng)濟(jì)效益。

4 結(jié)語(yǔ)

房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化直接關(guān)系到房屋建筑結(jié)構(gòu)的安全性與合理性。因此，設(shè)計(jì)單位務(wù)必參照工程設(shè)計(jì)的各項(xiàng)要求，并采取多種手段做好結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化工作，完成梁板柱配筋、上部結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，以此全方位滿足居民對(duì)房屋結(jié)構(gòu)及性能的個(gè)性化要求，加快現(xiàn)代化建筑行業(yè)的前進(jìn)腳步。