建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究

梁靖 曹志晗

摘要：當(dāng)前，人們對(duì)建筑物的要求不僅僅停留于實(shí)用性的層面，而是對(duì)外觀設(shè)計(jì)的藝術(shù)感有了更高層次地要求。而在建筑物的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和框架結(jié)構(gòu)安排上，如何既兼顧安全性又達(dá)到當(dāng)前社會(huì)的審美需求是設(shè)計(jì)師在優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖時(shí)需要考慮的問(wèn)題。如何通過(guò)融合新的設(shè)計(jì)思路和結(jié)構(gòu)設(shè)想，將建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在技術(shù)和質(zhì)量、空間規(guī)劃上達(dá)到最大程度地優(yōu)化。

關(guān)鍵詞：房屋建筑;結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);優(yōu)化

引言

要想進(jìn)一步提升房屋建筑的設(shè)計(jì)水準(zhǔn)以及質(zhì)量，就需要增強(qiáng)對(duì)房屋建筑構(gòu)造的優(yōu)化以及設(shè)計(jì)。通過(guò)持續(xù)滿(mǎn)足人們對(duì)房屋建筑的外觀、穩(wěn)定性以及功能性，持續(xù)改進(jìn)構(gòu)造設(shè)計(jì)，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)降低能源消耗，降低房屋建筑的建造成本，提升建筑工程企業(yè)的經(jīng)濟(jì)收益，并最后提升建筑企業(yè)在市場(chǎng)當(dāng)中的競(jìng)爭(zhēng)能力。除此之外，房屋建筑的安全性將會(huì)對(duì)居住人員的居住安全造成直接的影響，為了避免房屋建筑構(gòu)造設(shè)計(jì)漏洞的形成，提升房屋建筑的安全性能，需要對(duì)房屋建筑構(gòu)造設(shè)計(jì)進(jìn)行有效地改進(jìn)，進(jìn)一步的提升房屋建筑構(gòu)造設(shè)計(jì)方案的安全性以及可行性。

一、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的作用

首先，滿(mǎn)足高層建筑架構(gòu)需要，隨著建筑層數(shù)的不斷增高，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)就需要考慮達(dá)到一定高度后建筑的應(yīng)用需求問(wèn)題，考慮如何進(jìn)行上層建筑結(jié)構(gòu)的架構(gòu)。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作前期是對(duì)建筑的需求，如材料、結(jié)構(gòu)以及應(yīng)用效果等方面對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)和研究，但在確保滿(mǎn)足建筑整體結(jié)構(gòu)的合理性和完整性的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)出符合高層建筑特點(diǎn)及功能性需求的結(jié)構(gòu)。其次，滿(mǎn)足高層建筑的安全性和穩(wěn)定性需求。對(duì)于任何建筑來(lái)說(shuō)，其穩(wěn)定性和安全性是判定建筑是否合格的重要指標(biāo)，隨著建筑層高的不斷提升，對(duì)安全性和穩(wěn)定性的要求也隨之提高。若建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案具備科學(xué)性、合理性，則建筑的安全性和穩(wěn)定性就有了保障。最后，滿(mǎn)足建筑的應(yīng)用性能。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)從用戶(hù)角度出發(fā)，豐富建筑的實(shí)用性和功能性，使得用戶(hù)能高效運(yùn)用室內(nèi)空間。合理科學(xué)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能夠影響其結(jié)構(gòu)空間的應(yīng)用性能，因此，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)著重注意。

二、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原則

（一）結(jié)構(gòu)規(guī)則性原則

建筑平面簡(jiǎn)單和體型規(guī)則的結(jié)構(gòu)，因其傳力途徑簡(jiǎn)單、清晰，造價(jià)相對(duì)較低。建筑立面和平面布置豐富多樣，在滿(mǎn)足不同使用功能的前提下，通過(guò)對(duì)結(jié)構(gòu)單元合理設(shè)縫斷開(kāi)，形成相對(duì)規(guī)則的結(jié)構(gòu)單元，使不規(guī)則的建筑體型和平面布置變成規(guī)則的結(jié)構(gòu)體系，同樣可以達(dá)到規(guī)則性結(jié)構(gòu)較低的工程造價(jià)目標(biāo)。

（二）合理的簡(jiǎn)圖設(shè)計(jì)

在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，簡(jiǎn)圖設(shè)計(jì)尤為重要，對(duì)其要求也比較高。簡(jiǎn)圖設(shè)計(jì)需要精確的數(shù)據(jù)作為支持，若數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，將會(huì)導(dǎo)致設(shè)計(jì)出現(xiàn)偏差，不合理。因此，在設(shè)計(jì)前需要對(duì)項(xiàng)目場(chǎng)地進(jìn)行細(xì)致的勘察，確保數(shù)據(jù)的精確性，提高簡(jiǎn)圖設(shè)計(jì)合理性的同時(shí)，也為后續(xù)施工提供了良好的數(shù)據(jù)支持和依據(jù)。

（三）結(jié)構(gòu)安全性原則

建筑結(jié)構(gòu)須滿(mǎn)足承載能力和正常使用原則，抗震設(shè)防區(qū)應(yīng)滿(mǎn)足 “小震不壞，中震可修，大震不倒”的最低設(shè)防目標(biāo)要求。任何形式的建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，不得以降低結(jié)構(gòu)安全性為前提，這是建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的底線。

三、房屋構(gòu)造規(guī)劃當(dāng)中的建筑構(gòu)造規(guī)劃優(yōu)化策略

（一）優(yōu)化選取房屋建筑構(gòu)造的類(lèi)型

首先，剪力墻構(gòu)造型。這種類(lèi)型主要運(yùn)用在高層房屋建筑當(dāng)中，所依靠的基礎(chǔ)為混凝土構(gòu)造施工技術(shù)，這種優(yōu)化構(gòu)造與“短肢剪力墻”構(gòu)造類(lèi)型相比較就有著鋼筋材料運(yùn)用量小以及抗震能力強(qiáng)等特點(diǎn)。其次，框架構(gòu)造類(lèi)型。此類(lèi)型主要的優(yōu)點(diǎn)在于造價(jià)較低、布局靈活以及空間大等，但是這種構(gòu)造類(lèi)型也有著一定程度的缺點(diǎn)，抗震能力相對(duì)而言較為薄弱、柱的截面面積相對(duì)而言比較大。最后“剪力墻 -框架”構(gòu)造類(lèi)型，此構(gòu)造類(lèi)型的構(gòu)造是對(duì)框架構(gòu)造以及剪力墻構(gòu)造的優(yōu)化融合，這種構(gòu)造類(lèi)型可以綜合以上兩種構(gòu)造類(lèi)型的優(yōu)點(diǎn)，構(gòu)造布置相對(duì)而言較為科學(xué)合理，實(shí)際運(yùn)用的能力相對(duì)而言也比較強(qiáng)，這種構(gòu)造類(lèi)型較為突出的特性就是抗側(cè)能力相對(duì)而言較強(qiáng)。

（二）規(guī)范防震設(shè)計(jì)

建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，最重要的目標(biāo)是提升整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，減少地震等自然災(zāi)害對(duì)人力、財(cái)力的負(fù)面影響。因此，在對(duì)建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案進(jìn)行提升時(shí)，應(yīng)當(dāng)充分規(guī)劃結(jié)構(gòu)中的防震設(shè)計(jì)，著重注意對(duì)截面的高度確定和調(diào)整。同時(shí)需要對(duì)不同的主軸方向和水平方向上的承重柱進(jìn)行抗震防范分析與計(jì)算，充分考慮到整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)橫縱方向的框架的穩(wěn)定作用，不能存在偏差。避免出現(xiàn)忽略框架或幾點(diǎn)鐘箍筋與縱筋的實(shí)際配置情況和地震作用下產(chǎn)生力的疏導(dǎo)，在實(shí)際的設(shè)計(jì)與施工過(guò)程中出現(xiàn)配筋不足的現(xiàn)象。

（三）細(xì)部?jī)?yōu)化設(shè)計(jì)

（1）一方面應(yīng)注重建筑結(jié)構(gòu)的整體設(shè)計(jì)，一方面也應(yīng)注重結(jié)構(gòu)的精細(xì)化設(shè)計(jì)。如豎向構(gòu)件（主要指柱）根據(jù)其截面、配筋、混凝土強(qiáng)度等級(jí)等豎向分段設(shè)計(jì)，可節(jié)約材料，同時(shí)讓豎向剛度從小往上緩慢減小，有利于計(jì)算參數(shù)更容易滿(mǎn)足規(guī)范要求。（2）住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，因其柱網(wǎng)一般較密，梁板跨度較小，樓板設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮采用較大強(qiáng)度的鋼筋（如三級(jí)鋼），除個(gè)別大客廳板按計(jì)算配筋外，其他滿(mǎn)足最小配筋率即可;對(duì)次梁箍筋，宜采用強(qiáng)度較小鋼筋（如一級(jí)鋼），除個(gè)別大跨度次梁外，其他次梁箍筋滿(mǎn)足規(guī)范規(guī)定的最小配筋要求即可。

（四）節(jié)能構(gòu)造規(guī)劃的優(yōu)化

節(jié)能構(gòu)造規(guī)劃的優(yōu)化是需要以綠色建筑理念為前提，并充分運(yùn)用設(shè)計(jì)學(xué)當(dāng)中的方式。首先，優(yōu)化表面形狀以及布局，布局指的就是房屋建筑的主要朝向，受到我們國(guó)家氣候條件的極大影響，為了進(jìn)一步確保房屋建筑的通風(fēng)以及陽(yáng)光照射量良好，房屋建筑的朝向應(yīng)當(dāng)盡最大的可能朝南。表面形狀的優(yōu)化指的就是需要確保所規(guī)劃的房屋建筑表面不接受冷風(fēng)的直接朝向，這樣一來(lái)就可以進(jìn)一步降低熱能的消耗，進(jìn)一步達(dá)到節(jié)能的效果。其次，維護(hù)構(gòu)造規(guī)劃，房屋建筑維護(hù)構(gòu)造主要就是指屋頂以及門(mén)窗，對(duì)于房屋建筑的門(mén)窗來(lái)說(shuō)，在房屋建筑朝南的方向所設(shè)計(jì)的門(mén)窗需要盡最大的可能多、大，這樣一來(lái)才能夠最大程度地吸收太陽(yáng)光的輻射，房屋建筑朝向北的就需要進(jìn)一步的減少門(mén)窗的設(shè)置，進(jìn)一步防止房屋建筑當(dāng)中的熱量流失，施工材料需要選取一些保溫效果良好的。

（五）對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理設(shè)計(jì)

在建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，高層建筑結(jié)構(gòu)的框架設(shè)計(jì)難度更大、安全性要求也更高，通常需要較大的防震能力來(lái)穩(wěn)固整體結(jié)構(gòu)。當(dāng)前的高層建筑結(jié)構(gòu)框架設(shè)計(jì)中主要采用混凝土作為建筑材料，在具體的設(shè)計(jì)與施工中必須注意混凝土的強(qiáng)度不能超過(guò) C40，嚴(yán)格控制混凝土混合和使用的強(qiáng)度，以此來(lái)增加建筑結(jié)構(gòu)在高層設(shè)計(jì)與施工、使用時(shí)的抗彎、抗壓、抗震能力。優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，最重要的是其能夠靈活應(yīng)對(duì)多種地質(zhì)情況的變化，使其在各種情況下仍然能夠保證安全性和穩(wěn)定性。在對(duì)高層的建筑框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行基礎(chǔ)部分的詳細(xì)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)當(dāng)考慮到注下拓展基礎(chǔ)寬度較寬或地基不勻、地基較軟的多種情況。

結(jié)束語(yǔ)

高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)直接關(guān)系到建筑工程質(zhì)量和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、安全性，因此，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員需要遵循嚴(yán)謹(jǐn)、認(rèn)真的態(tài)度，對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中可能存在的問(wèn)題進(jìn)行分析，并針對(duì)這些問(wèn)題制定行之有效的預(yù)防措施和解決方案。在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)前，設(shè)計(jì)人員還需要深入到建設(shè)場(chǎng)地，對(duì)其周邊環(huán)境和地質(zhì)情況等進(jìn)行細(xì)致的勘察，為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作提供可靠的數(shù)據(jù)支持，也為后續(xù)工程的施工給予正確的指導(dǎo)和規(guī)范。

參考文獻(xiàn)：

[1]馮俊標(biāo).結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法在房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的運(yùn)用[J].低碳世界，2020，10（1）：134-135.

[2]周暉.以異型柱框架為例淺淡房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)應(yīng)用[J].綠色環(huán)保建材，2019（5）：72+75.