房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中優(yōu)化技術(shù)的應(yīng)用

（河北 石家莊 051530）

一、房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的意義

房屋建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)意義重大，一是大大提高建筑結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)性，房屋建筑進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化可節(jié)省材料，有利用抗震，減少內(nèi)外表面裝修，提高了其受力性能，增強(qiáng)了建筑的經(jīng)濟(jì)性能。二是結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)大大降低了建筑工程的總成本造價(jià)。節(jié)約用地，大量資料表明，房屋建筑進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化能夠有效降低工程成本造價(jià)25%左右，同時(shí)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)能夠?qū)κ┕げ牧系男阅芾酶雍侠砘?，能夠讓建筑工程結(jié)構(gòu)內(nèi)部各個(gè)不同單元之間更加充分互相協(xié)調(diào)，提升了建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性。

二、房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)的問題

現(xiàn)代的房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化工作是一個(gè)復(fù)雜的過程，關(guān)系著房屋建筑安全與否，是否經(jīng)濟(jì)和適用。在房屋結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中也會(huì)遇到一些問題。

(一)缺少詳細(xì)的勘察地質(zhì)資料

從現(xiàn)在的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作來看，普遍缺少詳細(xì)的勘察地質(zhì)資料，只是簡單的依據(jù)相臨建筑的情況進(jìn)行圖紙?jiān)O(shè)計(jì)?？辈焓┕龅氐淖饔檬潜ＷC科學(xué)的進(jìn)行地基基礎(chǔ)工作，并且達(dá)到最基本的安全保障。往往房屋設(shè)計(jì)工作人員只是把耐力數(shù)值控制到最小，就簡單認(rèn)為房屋建筑結(jié)構(gòu)沒有問題了，這種技術(shù)問題為房屋埋下了安全隱患。在對(duì)較軟地基進(jìn)行處理時(shí)，忽略了墊層換土設(shè)計(jì)，只是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)判斷處理。房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，對(duì)于較軟地基存在的安全隱患沒有足夠認(rèn)識(shí)，單純依據(jù)個(gè)人經(jīng)驗(yàn)使用砂墊層強(qiáng)化承載力，對(duì)于其寬厚度缺乏精確計(jì)算，也造成了費(fèi)用的浪費(fèi)。

(二)構(gòu)造柱設(shè)計(jì)存在的問題

房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的構(gòu)造柱可以設(shè)計(jì)為單一的受力柱，其橫截面與配筋必須達(dá)到規(guī)范的要求，如果房屋結(jié)構(gòu)包含防震功能，還必須要滿足防震要求。當(dāng)構(gòu)造柱體被當(dāng)做承重的主體應(yīng)用時(shí)，這就會(huì)使構(gòu)造柱體的受力提前了，從而限制了構(gòu)造柱體對(duì)房屋結(jié)構(gòu)的拉束功能的完全發(fā)揮，使整體房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)暗藏了安全危機(jī)。地圈梁通常會(huì)植入構(gòu)造柱體，這種情況下是不需要另外設(shè)置基礎(chǔ)的，可是當(dāng)構(gòu)造柱體充當(dāng)了承重主體時(shí)，柱底部基礎(chǔ)抗壓能力必然會(huì)出現(xiàn)超負(fù)荷現(xiàn)象，裂縫也就產(chǎn)生了。在實(shí)際施工當(dāng)中，處于承重梁下的柱體應(yīng)當(dāng)達(dá)到承重柱體的標(biāo)準(zhǔn)，假如承重梁的負(fù)載與跨度呈現(xiàn)最小狀態(tài)時(shí)，梁下也可以使用構(gòu)造柱體。這時(shí)候就要對(duì)構(gòu)造柱體的功能忽略不計(jì)，重新檢測(cè)墻體下半部分的抗壓強(qiáng)度，達(dá)到要求才能設(shè)計(jì)施工。

(三)抗震設(shè)計(jì)中存在的問題

在抗震房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員普遍認(rèn)為六度設(shè)防可以看成是沒有設(shè)防。為了方便受力分析，設(shè)計(jì)人員往往把柱體橫截面較小設(shè)計(jì)，增加梁的線剛度，將梁設(shè)計(jì)成為鉸支梁，柱體的抗壓能力設(shè)計(jì)成軸心抗壓。這種操作方法能夠方便分析房屋結(jié)構(gòu)的受力，但是給整體的房屋結(jié)構(gòu)安全帶來了危險(xiǎn)。忽視了梁與柱之間的彎矩約束，還有柱體的截面積較小，整個(gè)房屋結(jié)構(gòu)一旦受力，抗彎能力明顯不足，造成了梁底顯現(xiàn)裂縫。

(四)承重墻設(shè)計(jì)中存在的問題

房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)承重能力時(shí)主要是通過樓板設(shè)計(jì)完成的，在房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中時(shí)經(jīng)常將一些沒有承重能力的墻體安置在樓板上，之后還會(huì)把這部分算在同等效果的荷載力范圍內(nèi)，樓板的配筋也會(huì)依據(jù)這個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算。除此之外，設(shè)計(jì)人員將立磚斜砌隔墻頂位置，造成樓板頂部出現(xiàn)裂縫。兩個(gè)方向同時(shí)產(chǎn)生彎矩的雙向板中的鋼筋是要疊放并且要保持縱橫方向，計(jì)算時(shí)應(yīng)該依據(jù)雙方向的跨度。

三、房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)

（一）房屋建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的階段

第一階段是變量的選擇。通常情況下，對(duì)設(shè)計(jì)人員決定最終設(shè)計(jì)方案起到重要作用的參考數(shù)據(jù)，都可以作為變量供設(shè)計(jì)者進(jìn)行選擇。如工程的目標(biāo)參數(shù)包括房屋價(jià)格參數(shù)和預(yù)期產(chǎn)生的損失參數(shù)；工程的控制與約束參數(shù)包括表示房屋架構(gòu)可靠性能的參數(shù)等。如果房屋建筑的設(shè)計(jì)者以變化幅度較小或考慮因素較少的參數(shù)作為設(shè)計(jì)的參考指標(biāo)，那么相應(yīng)的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、編程和計(jì)算有關(guān)的工作難度將會(huì)降低，設(shè)計(jì)者也可以更好地找到符合優(yōu)化設(shè)計(jì)的參考數(shù)據(jù)。

第二階段是對(duì)相關(guān)函數(shù)的確定。設(shè)計(jì)者要根據(jù)事先設(shè)定的房屋橫截面尺寸和鋼筋尺寸面積的那一組函數(shù)，從眾多組相似的參考函數(shù)中進(jìn)行合理科學(xué)的選取，并分析這組數(shù)據(jù)函數(shù)的相關(guān)各種性質(zhì)，從而最大限度的降低房屋建造的成本費(fèi)用。

（二）房屋結(jié)構(gòu)工程師要積極主動(dòng)參前期工程規(guī)劃

房屋建筑結(jié)構(gòu)工程師要積極主動(dòng)參與前期工程規(guī)劃是實(shí)施結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)的重點(diǎn)內(nèi)容。因?yàn)?，在?shí)際施工中，房屋建筑結(jié)構(gòu)工程建筑師難以把握對(duì)結(jié)構(gòu)體系的受力的正確分析，相關(guān)房屋建筑結(jié)構(gòu)工程師要積極主動(dòng)地參與前期方案設(shè)計(jì)，幫助建筑師構(gòu)思與逐步創(chuàng)新，使整個(gè)建筑的優(yōu)化功能能夠全部體現(xiàn)出來。

（三）房屋建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)要將概念設(shè)計(jì)結(jié)合細(xì)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化

概念設(shè)計(jì)即是利用設(shè)計(jì)概念并以其為主線貫穿全部設(shè)計(jì)過程的設(shè)計(jì)方法，是通過設(shè)計(jì)概念將設(shè)計(jì)者繁復(fù)的感性和瞬間思維上升到統(tǒng)一的理性思維從而完成整個(gè)設(shè)計(jì)。但是概念設(shè)計(jì)應(yīng)用于沒有具體數(shù)值量化的狀況時(shí)，計(jì)算式不可避免與實(shí)際出現(xiàn)較大的差異，譬如在地震設(shè)防烈度就沒與不確定性，計(jì)算式與實(shí)際差別較大，因此，房屋建筑結(jié)構(gòu)在優(yōu)化設(shè)計(jì)中，通過采用概念設(shè)計(jì)的方法，將數(shù)值作為輔助和參考的依據(jù)，同時(shí)設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)過程中還需靈活運(yùn)用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的方法。在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中貫穿一種抗震設(shè)防的思想且以概念設(shè)計(jì)作為重點(diǎn)指導(dǎo)設(shè)計(jì)。同時(shí)在設(shè)計(jì)的過程中，注重優(yōu)化細(xì)部的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，譬如現(xiàn)澆板中的異形板拐角處易出現(xiàn)裂縫，可劃分為矩形板。在選擇鋼筋型號(hào)時(shí)，充分考慮其極限抗拉力等。