基于土木工程建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化分析

張家沛

摘? 要：現(xiàn)階段的土木工程規(guī)劃設(shè)計范圍正在快速擴(kuò)大，工程設(shè)計人員針對土木工程的建筑體系結(jié)構(gòu)只有做到了科學(xué)進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計，才能確保土木工程發(fā)揮出最優(yōu)的預(yù)期實(shí)踐效益，并且合理降低與控制土木工程的后期施工成本。由此能夠判斷得出，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要環(huán)節(jié)過程必須得到工程設(shè)計人員充分重視，旨在全面促進(jìn)土木工程的建筑體系結(jié)構(gòu)荷載性能優(yōu)化，樹立工程設(shè)計單位的良好信譽(yù)形象。

關(guān)鍵詞：土木工程;建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計;優(yōu)化

為了提升現(xiàn)代建筑的質(zhì)量，合理利用空間資源，做好建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計工作，建筑設(shè)計者必須合理運(yùn)用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法，強(qiáng)化建筑結(jié)構(gòu)的安全性能與穩(wěn)定性，選擇較為合理的變量與目標(biāo)參數(shù)，對不同環(huán)節(jié)的建筑建造活動進(jìn)行全面優(yōu)化，達(dá)成節(jié)約成本、提升建筑建造質(zhì)量的基本目標(biāo)。

1土木工程建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要意義

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本含義在于工程設(shè)計人員運(yùn)用整體規(guī)劃的思路方法來構(gòu)建土木工程圖紙，確保針對建筑物的各個體系結(jié)構(gòu)部位完整包含在現(xiàn)有的工程圖紙范圍，并且選擇適宜的土木工程建筑材料種類。因此從根本上來講，對于土木工程全面實(shí)施建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計工作旨在保障建筑物的安全堅固性能達(dá)標(biāo)，確保維護(hù)工程建筑物的使用人員安全權(quán)益。工程設(shè)計人員通過合理規(guī)劃土木工程圖紙，應(yīng)當(dāng)能夠嚴(yán)格確保土木建筑結(jié)構(gòu)滿足最基本的工程質(zhì)量檢測指標(biāo)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)節(jié)約土木工程資源以及延長工程使用期限的效果。近些年以來，土木工程的現(xiàn)有建筑規(guī)模正在實(shí)現(xiàn)全面擴(kuò)展。工程設(shè)計人員針對土木工程的建筑總體結(jié)構(gòu)圖紙應(yīng)當(dāng)著眼于合理優(yōu)化設(shè)計，充分確保經(jīng)過科學(xué)優(yōu)化調(diào)整后的建筑工程圖紙能夠正確指導(dǎo)土木施工環(huán)節(jié)。工程設(shè)計人員針對土木工程的所在區(qū)域基本地質(zhì)特征、建筑抗震等級、建筑物的支撐體系荷載性能等關(guān)鍵影響因素必須進(jìn)行綜合性的考慮判斷，旨在全面促進(jìn)土木工程的現(xiàn)有結(jié)構(gòu)體系優(yōu)化，均勻分配建筑物的各個主體結(jié)構(gòu)部位荷載。

2土木工程建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化措施對策

2.1建筑整體結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)優(yōu)化

建筑工程整體結(jié)構(gòu)設(shè)計是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計工作的核心環(huán)節(jié)，其設(shè)計質(zhì)量和水平將對建筑工程結(jié)構(gòu)的抗側(cè)能力、抗震能力以及對資源的消耗程度等產(chǎn)生重要的影響，因此，在設(shè)計實(shí)踐中應(yīng)不斷總結(jié)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，按照設(shè)計規(guī)范要求對設(shè)計方案進(jìn)行技術(shù)優(yōu)化。目前，在建筑國內(nèi)工程整體結(jié)構(gòu)設(shè)計中大多采用的是框架結(jié)構(gòu)、短肢剪力墻結(jié)構(gòu)以及框剪結(jié)構(gòu)等結(jié)構(gòu)類型，其中框架結(jié)構(gòu)設(shè)計需要采用較大截面的墻柱結(jié)構(gòu)，會影響建筑工程內(nèi)部空間的利用率。而短肢剪力墻結(jié)構(gòu)對建筑材料的消耗相對較少，且能夠有效提高建筑工程整體結(jié)構(gòu)的抗震性能。框剪結(jié)構(gòu)則能夠廣泛適應(yīng)多種環(huán)境條件下的建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計要求，且其抗側(cè)性能以及抗震性能較為突出。不同的建筑工程結(jié)構(gòu)形式的性能特點(diǎn)存在一定的差異，設(shè)計人員應(yīng)根據(jù)建筑工程的具體情況，通過對各項影響因素的綜合分析對建筑工程整體結(jié)構(gòu)設(shè)計方案進(jìn)行技術(shù)優(yōu)化，以提高建筑結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性，降低工程造價，使建筑工程項目能夠?qū)崿F(xiàn)更大的社會經(jīng)濟(jì)效益。

2.2建筑基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)優(yōu)化

建筑基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計對保證建筑結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定以及控制工程造價均會產(chǎn)生較大的影響，因此，要對此環(huán)節(jié)進(jìn)行技術(shù)優(yōu)化。目前，在建筑工程基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計中，樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)被廣泛應(yīng)用。比較常見的樁基礎(chǔ)主要包括預(yù)制樁以及灌注樁等類型。其中灌注樁雖然能夠較好地滿足建筑基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)承載上部荷載、總重控制以及沉降控制要求，但是，其施工工期相對較長。而預(yù)制樁由于可以采用工廠化方式進(jìn)行批量規(guī)模生產(chǎn)加工，所以其施工效率較高，能夠有效加快施工進(jìn)度。設(shè)計人員應(yīng)根據(jù)建筑工程的實(shí)際情況以及工期要求等優(yōu)化選擇相應(yīng)的樁基結(jié)構(gòu)。同時，為了適應(yīng)建筑深基坑的要求，合理控制作用于樁身以及樁端部分的地基土壓力，設(shè)計人員還應(yīng)優(yōu)化設(shè)計樁身長度，以降低摩擦阻力，提高樁身結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。此外，在建筑基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的樁位設(shè)計中，應(yīng)盡量即將軸線樁設(shè)置于建筑剪力墻結(jié)構(gòu)的下方，以達(dá)到控制底板厚度以及減少鋼筋等資源的消耗量的目的，從而實(shí)現(xiàn)對建筑基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的技術(shù)優(yōu)化。

2.3構(gòu)建建筑設(shè)計模型，科學(xué)選擇變量

為在短時間內(nèi)檢驗(yàn)不同類型設(shè)計方案的合理性，找對優(yōu)化方向，必須利用數(shù)字化軟件搭建建筑模型，選擇貼近實(shí)際的建筑內(nèi)部參數(shù)變量，為建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的進(jìn)一步優(yōu)化打好基礎(chǔ)，在搭建數(shù)據(jù)模型、優(yōu)化設(shè)計方案之前，建筑設(shè)計師可立足整體性角度分析某一建造方案中建筑的各項基本性能，把握后期結(jié)構(gòu)優(yōu)化的切入點(diǎn)與關(guān)鍵點(diǎn)，對影響整體方案應(yīng)用效果的關(guān)鍵因素有準(zhǔn)確的認(rèn)識，例如地基土層的厚度、承載力以及空氣濕度等，將建筑工程所涉及的各類參數(shù)引入建筑結(jié)構(gòu)模型之中，讓結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化工作獲得可靠的數(shù)據(jù)支持，建筑設(shè)計者必須基于數(shù)字化建筑模型，分析各類因素與環(huán)境條件對建筑使用性能所產(chǎn)生的負(fù)面、正面影響，控制后期結(jié)構(gòu)優(yōu)化工作給建筑設(shè)計方案精確度帶來的偏差，選擇能夠提升優(yōu)化效果的函數(shù)與計量標(biāo)準(zhǔn)，在保證現(xiàn)代建筑的安全性、實(shí)用性的前提下，突出建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計工作的經(jīng)濟(jì)性，壓低建筑工程成本，合理選擇較為適宜的建筑結(jié)構(gòu)、技術(shù)器材使用方式、建筑材料，結(jié)合具體環(huán)境條件，調(diào)整施工工藝，全面提升建筑建造效率。建筑設(shè)計師可基于數(shù)字化模型對各類變量進(jìn)行精確計算，選擇經(jīng)過實(shí)踐驗(yàn)證有效的計算方法，根據(jù)建筑的整體功能與住戶所提出的質(zhì)量要求，設(shè)計配套的數(shù)據(jù)分析標(biāo)準(zhǔn)，對主要的變量數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬運(yùn)算，整合并深入研究基于模型和函數(shù)進(jìn)行的數(shù)字化模擬活動的統(tǒng)計結(jié)果，發(fā)現(xiàn)建筑設(shè)計方案的潛在缺陷與固有優(yōu)勢，平衡能夠?qū)ㄖ|(zhì)量產(chǎn)生影響的主要變量，把握各個建筑設(shè)計方案的技術(shù)含量、經(jīng)濟(jì)效益大小，對建筑的設(shè)計功能布局進(jìn)行研究。

2.4優(yōu)化建筑上部結(jié)構(gòu)

建筑設(shè)計者必須基于數(shù)字化模型，選擇正確措施優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計方案，堅持合理性、科學(xué)性原則，優(yōu)化建筑內(nèi)部剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計思路，讓建筑內(nèi)部剪力墻數(shù)量保持在合理范圍內(nèi)，控制剪力墻的建造方式，強(qiáng)化建筑結(jié)構(gòu)的剛度、強(qiáng)度，減少各類安全事故發(fā)生的概率，讓我國現(xiàn)代建筑有能力應(yīng)對地震、泥石流、臺風(fēng)等自然災(zāi)害，防止發(fā)生墻體破裂、管道泄漏等問題，給廣大住戶提供一個較為安全的居住環(huán)境。建筑設(shè)計師應(yīng)當(dāng)保證剪力墻重量均勻地分布于樓層整個橫截面上，使用鋼筋混凝土制作的梁柱支撐剪力墻，讓高層建筑中不同樓層的結(jié)構(gòu)中心保持一致，突出建筑平面的剛度，建筑設(shè)計師可在保證建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的前提下，調(diào)整剪力墻的水平方向和承重能力，處理好角度平衡性問題，強(qiáng)化剪力墻的延展性，根據(jù)現(xiàn)代建筑項目的整體質(zhì)量要求、參數(shù)指標(biāo)，對在現(xiàn)場搜集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析研究，爭取滿足工程的實(shí)際質(zhì)量需求。

3結(jié)語

綜上所述，在現(xiàn)代土木工程建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計工作中，應(yīng)運(yùn)用現(xiàn)代化的結(jié)構(gòu)設(shè)計理念以及先進(jìn)的技術(shù)手段對建筑結(jié)構(gòu)主體、平面、細(xì)部以及各相關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計環(huán)節(jié)進(jìn)行優(yōu)化。同時，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中還應(yīng)結(jié)合現(xiàn)代電氣系統(tǒng)技術(shù)要求、給排水系統(tǒng)技術(shù)要求等優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，完善建筑功能。此外，現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計還應(yīng)充分考慮建筑外觀美觀性要求等要素，通過對設(shè)計方案的技術(shù)優(yōu)化全面提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的水平和質(zhì)量，使建筑工程更加安全、穩(wěn)定、美觀且具有較高的經(jīng)濟(jì)性和美觀性，從而推動我國建筑行業(yè)的現(xiàn)代化發(fā)展。

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