建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化分析

謝小敏

摘? 要： 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化是一門綜合技術(shù)，通過將結(jié)構(gòu)工程、經(jīng)濟(jì)學(xué)方法以及管理科學(xué)方法結(jié)合起來，從而實(shí)現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化，以達(dá)到降低 成本、優(yōu)化傳力途徑的根本目的。此外，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化環(huán)節(jié)中，應(yīng)秉持安全原則、環(huán)保原則及經(jīng)濟(jì)性原則，保證結(jié)構(gòu)受力明確、傳力簡單，降低 成本支出，提高房建結(jié)構(gòu)優(yōu)化成效。全面推廣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化這一必要步驟，可以促進(jìn)我國建筑業(yè)發(fā)展。本文介紹了房建結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的原則、作用及對(duì) 象，并總結(jié)了建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)的應(yīng)用要點(diǎn)。

關(guān)鍵詞： 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化;抗震措施

引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，人們生活水平不斷上升，人們對(duì)建筑工程 的質(zhì)量、安全性越來越重視，建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)已成為我國建筑工作的關(guān) 鍵組成部分。在建筑工程規(guī)劃階段合理進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，確保工程施工的高 效、安全。我國建筑行業(yè)發(fā)展過程中存在較多問題，在房建結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程 中，不僅要確保其各項(xiàng)性能得以發(fā)揮，還應(yīng)融合多項(xiàng)新型元素，提高房建 結(jié)構(gòu)施工成效，降低成本支出，對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)內(nèi)容進(jìn)行完善，利用優(yōu)化技術(shù) 對(duì)房建結(jié)構(gòu)進(jìn)行完善，提高施工水平，促進(jìn)我國建筑業(yè)健康發(fā)展。

1 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化概述

結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)是指在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，要在確保其滿足結(jié)構(gòu)安全 的前提下，對(duì)各項(xiàng)方案內(nèi)容加以調(diào)控，最終提高結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)效果。應(yīng)用結(jié)構(gòu) 優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)能夠充分發(fā)揮出項(xiàng)目工程的各項(xiàng)功能，減少項(xiàng)目成本支出， 經(jīng)過優(yōu)化完成后的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案安全性較強(qiáng)，功能性較優(yōu)越，結(jié)構(gòu)性較突 出。在優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)以相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范為基礎(chǔ)，對(duì)各項(xiàng)資 源進(jìn)行科學(xué)分配，實(shí)現(xiàn)資源的最佳利用;還應(yīng)依托自身專業(yè)技能知識(shí)，對(duì) 不同的設(shè)計(jì)方案內(nèi)容進(jìn)行分析及判斷，選擇最優(yōu)方案，確保建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn) 定性、承載力及強(qiáng)度滿足各項(xiàng)要求[1]。

2 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工安裝相結(jié)合的優(yōu)化措施

2.1? 科學(xué)歸納設(shè)計(jì)方案

建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化首先必須對(duì)當(dāng)前的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行研究，分析現(xiàn)有設(shè)計(jì)方 案的影響因素，確定當(dāng)前設(shè)計(jì)存在的問題，從而提出優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。在擬 定設(shè)計(jì)方案的過程中，需要對(duì)影響結(jié)構(gòu)的各個(gè)因素進(jìn)行分析，包括外部環(huán) 境因素、內(nèi)部結(jié)構(gòu)因素、經(jīng)濟(jì)因素等，從而在相應(yīng)的設(shè)計(jì)規(guī)范的基礎(chǔ)上， 做好統(tǒng)籌規(guī)劃，確保結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)滿足各方面的需求。房屋建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化需 要進(jìn)一步精簡建筑內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。內(nèi)部結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，其中的受力情況也就 越復(fù)雜，在現(xiàn)有設(shè)計(jì)方案基礎(chǔ)上，優(yōu)化內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，精簡受力設(shè)計(jì)，能 夠降低建筑風(fēng)險(xiǎn)，提升建筑安全。同時(shí)要注意外部因素的干擾，包括風(fēng) 荷載、重力因素、地震帶對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的影響，優(yōu)化設(shè)計(jì)，防止建筑結(jié)構(gòu)沉 降、變形，提升建筑施工安全性。建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化需要加強(qiáng)對(duì)材料質(zhì)量的把 控，通過優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，明確結(jié)構(gòu)之間的連接情況，確保建筑結(jié)構(gòu)的整體 性，也能保證節(jié)點(diǎn)受力準(zhǔn)確，桿件符合安全性、耐久性的特點(diǎn)。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 優(yōu)化的前提必須正確地認(rèn)識(shí)相關(guān)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范，重視設(shè)計(jì)方案的科學(xué) 性、合理性、安全性[2-3]。

2.2? 準(zhǔn)備階段的設(shè)計(jì)優(yōu)化

在優(yōu)化房建項(xiàng)目結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)做好準(zhǔn)備階段管理工作， 根據(jù)上游專業(yè)提資，明確各構(gòu)件及結(jié)構(gòu)的參數(shù)，分析各項(xiàng)指標(biāo)，在控制 投入成本的同時(shí)，提高優(yōu)化效果。例如，在設(shè)計(jì)方案評(píng)審過程中，如果 框架柱抗剪強(qiáng)度較弱，在優(yōu)化期間可通過多個(gè)長度較短的剪力墻組合的 方式增加結(jié)構(gòu)整體的抗剪面積，提高結(jié)構(gòu)的抗剪能力。此外，設(shè)計(jì)單位 應(yīng)做好技術(shù)人員培訓(xùn)工作，有序開展房建項(xiàng)目結(jié)構(gòu)優(yōu)化工作，確保各技 術(shù)人員能夠明確優(yōu)化技術(shù)的應(yīng)用要點(diǎn)及重點(diǎn)，提高自身綜合能力，保證 優(yōu)化方案的科學(xué)性[4]。

2.3? 地基基礎(chǔ)與上部結(jié)構(gòu)的優(yōu)化

對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)而言，首先必須做好地基設(shè)計(jì)與上部結(jié)構(gòu)搭建，為建筑 結(jié)構(gòu)建立良好的結(jié)構(gòu)模型，確保建筑結(jié)構(gòu)安全。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化需要做 好地基優(yōu)化：①地基基礎(chǔ)方案的確定：地基對(duì)上部結(jié)構(gòu)提供承載，對(duì)于建 筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性以及安全性十分關(guān)鍵，為了確保設(shè)計(jì)的合理性，設(shè)計(jì)師需要 結(jié)合地質(zhì)勘查資料，通過現(xiàn)場(chǎng)踏勘，分析真實(shí)的地基情況后，對(duì)于地基的 地質(zhì)情況、水文情況、影響因素進(jìn)行綜合考慮，對(duì)于房屋結(jié)構(gòu)地基可能存在的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行預(yù)案，做好安全防護(hù)，確保建筑在各種工況下的結(jié)構(gòu)安全; ②上部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)優(yōu)化，房屋建筑上部結(jié)構(gòu)包括豎向承載、縱向承載和 橫向承載，設(shè)計(jì)優(yōu)化時(shí)，需要對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行綜合考慮，分析整體結(jié)構(gòu)的傳力 情況，明確豎向、水平構(gòu)件的傳力途徑，從而通過加強(qiáng)關(guān)鍵受力構(gòu)件的剛 度來提高整體結(jié)構(gòu)的承載能力;③采用必要的抗震措施提高結(jié)構(gòu)的抗震能 力。標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范對(duì)主要傳力構(gòu)件（破壞后對(duì)結(jié)構(gòu)體系有極大安全隱患的桿 件）進(jìn)行了抗震等級(jí)劃分，根據(jù)該等級(jí)對(duì)主要構(gòu)件進(jìn)行加強(qiáng)處理保證整體 結(jié)構(gòu)在地震工況下安全可靠。對(duì)于次要構(gòu)件比如次梁、板等均未做抗震等 級(jí)的規(guī)定，也符合“小震不壞、中震可修，大震不倒”的抗震原則。在滿 足構(gòu)件承載安全的前提下對(duì)次要構(gòu)件進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)適當(dāng)降低鋼筋直徑、間 距以及梁板的裂縫及撓度的要求滿足經(jīng)濟(jì)收益。通過該方式實(shí)現(xiàn)“好鋼用 在刀刃上”保證主要受力構(gòu)件的強(qiáng)度及剛度保證結(jié)構(gòu)在各種工況下的安全 性實(shí)現(xiàn)抗震的初衷，抵御自然災(zāi)害，保護(hù)人身安全，設(shè)計(jì)優(yōu)化過程中，需 要確保相關(guān)參數(shù)選用合理、設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)模型構(gòu)建科學(xué)，符合工程需求[5]。

2.4? 結(jié)合施工安裝順序措施進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化

了解施工及安裝順序可以有效降低荷載大小。工業(yè)建筑中設(shè)備的充水 重如設(shè)備在出廠前做水壓試驗(yàn)，不在建筑物再重復(fù)做充水試驗(yàn)時(shí)，我們進(jìn) 行建模荷載輸入時(shí)只進(jìn)行操作荷載進(jìn)行各工況的組合。避免了較大荷載參 與組合避免了構(gòu)件的浪費(fèi)。充分了解施工的全過程，施工工藝對(duì)結(jié)構(gòu)的再 優(yōu)化有極大幫助。例如沿海地區(qū)軟弱地基進(jìn)行地面樓層板施工時(shí)，施工方 案一般采用木模進(jìn)行梁體支護(hù)，澆筑完梁混凝土后，再進(jìn)行各梁格土體回 填利用地模完成板的澆筑。由于設(shè)計(jì)人員不了解施工的先后順序，將梁頂 與板頂標(biāo)高等高，造成梁體澆筑時(shí)在板底留下施工縫且板下皮鋼筋在梁內(nèi) 穿插，大大增加了施工難度，造成工期拖延。再比設(shè)備的安裝，上部結(jié)構(gòu) 施工完畢后接下來的工作就是設(shè)備安裝，安裝方案要提前考慮。提前做好 吊裝活動(dòng)量的設(shè)置，避免后期吊裝過程時(shí)出現(xiàn)已有構(gòu)件割除再加固的情況 發(fā)生，避免給整體結(jié)構(gòu)帶來不必要的安全風(fēng)險(xiǎn)。

2.5? 項(xiàng)目實(shí)施過程中根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化

在施工方案實(shí)施過程中會(huì)遇到很多不確定性因素。比如地勘布孔一 般為30米，對(duì)場(chǎng)地差距較大的地基存在許多不確定性;再比如既有建筑的 改擴(kuò)建工程，原有圖紙與現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況不符，就要根據(jù)既有情況進(jìn)行調(diào) 整。因此實(shí)時(shí)進(jìn)行設(shè)計(jì)服務(wù)跟蹤施工變得非常必要了，根據(jù)具體情況隨時(shí) 對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，可以保證結(jié)構(gòu)的整體安全、縮短工期、方便施 工的目的。根據(jù)實(shí)時(shí)情況進(jìn)行跟蹤優(yōu)化設(shè)計(jì)的方式已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在工程 項(xiàng)目中了，也得到了項(xiàng)目建設(shè)方的廣泛好評(píng)，為項(xiàng)目的順利實(shí)施起到了至 關(guān)重要的作用。

3 結(jié)束語

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化是對(duì)結(jié)構(gòu)受力體系及結(jié)構(gòu)構(gòu)造的進(jìn)一步精準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，實(shí) 現(xiàn)功能性、科學(xué)性與經(jīng)濟(jì)性的平衡，滿足各方的需求。為了提高工程項(xiàng)目 成效，應(yīng)做好結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)工作，利用科學(xué)有效的優(yōu)化處理措施，增加建 （構(gòu)）筑物的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，保證其后期運(yùn)行安全，降低成本支出，提升經(jīng) 濟(jì)效益。推廣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的廣泛應(yīng)用，有助于我國建筑行業(yè)的可持續(xù)健康發(fā)展。

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