房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化措施研究

邊丙乾

（河北拓樸建筑設(shè)計(jì)有限公司，河北 石家莊 050051）

在開展房屋建筑建設(shè)工作之前，建筑單位必須立足實(shí)際，制定細(xì)致而又全面有效的施工方案，提高該方案的可行性以及合理性。因?yàn)檫@會(huì)直接影響甚至決定房屋建筑的質(zhì)量與安全，從而決定居民的居住舒適度[1]。在施工方案的制定過程中，房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是其中非常重要的模塊，和建筑質(zhì)量以及使用效益息息相關(guān)。建筑單位應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化措施的研究力度，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)當(dāng)中充分考慮建筑項(xiàng)目本身的實(shí)用價(jià)值與美觀度，注意對(duì)各項(xiàng)資源進(jìn)行科學(xué)配置，降低成本支出，充分發(fā)揮房屋建筑本身的使用價(jià)值。

1 房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)內(nèi)涵

房屋建筑施工是建筑行業(yè)發(fā)展的核心內(nèi)容，而在整個(gè)施工體系當(dāng)中，房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是重點(diǎn)，發(fā)揮著突出作用。所謂房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)就是設(shè)計(jì)人員依托個(gè)人的專業(yè)知識(shí)和積累的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)客戶對(duì)房屋建筑使用的有關(guān)要求，做好建筑結(jié)構(gòu)方面的設(shè)計(jì)。為了確保建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性與有效性，設(shè)計(jì)人員需要做到綜合考慮，保證結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案和房屋建筑整體應(yīng)用功能的發(fā)揮結(jié)合起來，增加房屋建筑結(jié)構(gòu)的實(shí)用性以及美觀度[2]。

房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)目標(biāo)主要涉及三個(gè)方面：

一是要滿足用戶對(duì)房屋建筑居住功能多元化的要求。

二是保證好建筑造型整體的實(shí)用性與美觀性。

三是加強(qiáng)對(duì)先進(jìn)建筑技術(shù)手段的運(yùn)用，增加建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的科技含量。

建筑設(shè)計(jì)主要包括兩方面，分別是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與概念設(shè)計(jì)。為確保房屋建筑的整體建設(shè)質(zhì)量，應(yīng)該有意識(shí)地把兩種設(shè)計(jì)結(jié)合起來，使得二者相輔相成。

2 房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的作用與要點(diǎn)

伴隨國家建筑事業(yè)的蓬勃發(fā)展，建筑能耗明顯增多，這對(duì)于社會(huì)進(jìn)步以及建筑事業(yè)的發(fā)展都是有影響的。建筑行業(yè)在發(fā)展過程當(dāng)中應(yīng)該堅(jiān)持走可持續(xù)發(fā)展道路，而實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的重要路徑，就是優(yōu)化房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，把降耗節(jié)能與可持續(xù)發(fā)展的理念貫穿建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的全過程，提高結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求。設(shè)計(jì)人員需要積極拓寬眼界，用更開放和創(chuàng)新的眼光，做好房屋建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。等到做好了房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的工作之后，設(shè)計(jì)人員還必須做到綜合考慮多層次需求，持續(xù)修改和完善設(shè)計(jì)內(nèi)容，力求最大程度上降低成本支出，并且要為進(jìn)一步的施工帶來便利和保障。另外，伴隨國家房屋建筑規(guī)模的擴(kuò)大，目前的房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須立足于縮減工程造價(jià)與突出建筑后期應(yīng)用功能層面[3]。對(duì)此，注重房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化，提高建筑結(jié)構(gòu)的科學(xué)性與合理性已經(jīng)勢(shì)在必行，并且有著非常廣闊的前景。

房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化從本質(zhì)上看是對(duì)設(shè)計(jì)理念進(jìn)行逐步的完善和改革。當(dāng)然在進(jìn)行理念創(chuàng)新的同時(shí)，設(shè)計(jì)人員還需要對(duì)設(shè)計(jì)方法進(jìn)行科學(xué)選擇，提高設(shè)計(jì)合理性，收獲最優(yōu)設(shè)計(jì)效果。房屋建筑結(jié)構(gòu)包括的模塊有很多，比如主體結(jié)構(gòu)、地基結(jié)構(gòu)、屋面結(jié)構(gòu)等，為了全方位優(yōu)化房屋結(jié)構(gòu)，在推進(jìn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作的過程中，必須把握好細(xì)節(jié)，考慮到房屋建筑所在位置、工程造價(jià)、結(jié)構(gòu)受力、結(jié)構(gòu)選型等諸多因素，在確保建筑企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益不受影響的情況下，選取最優(yōu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。設(shè)計(jì)人員在房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化當(dāng)中應(yīng)該把握以下幾個(gè)要點(diǎn)：

第一，對(duì)房屋建筑平面平整度與結(jié)構(gòu)對(duì)稱方面的情況進(jìn)行全面把握，減少剛性結(jié)構(gòu)與房屋建設(shè)質(zhì)量間的矛盾與沖突問題，增強(qiáng)建筑整體的抗扭曲能力，以免在水平作用力之下出現(xiàn)結(jié)構(gòu)扭曲變形的問題。

第二，為避免外來壓力集中，控制建設(shè)成本，設(shè)計(jì)人員不能夠改變建筑原有轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)。

第三，在房屋建筑的承重結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作中，要選取數(shù)值貫通的樣式，目的是提升建筑整體豎直向上承受能力。

第四，在房屋建筑數(shù)值方向剛性設(shè)計(jì)工作當(dāng)中，應(yīng)該保證層次性，有效防止剛性結(jié)構(gòu)突變而發(fā)生應(yīng)力集中的問題，保證好房屋建筑結(jié)構(gòu)應(yīng)有的抗壓能力[4]。

3 房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的注意事項(xiàng)

3.1 增加前期工作投入

設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)在房屋建筑的整體建造當(dāng)中扮演著重要角色，設(shè)計(jì)好壞會(huì)給房屋建筑的功能質(zhì)量、成本支出以及工程效益帶來直接影響。所以建筑企業(yè)必須在房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)前期就做好投入和調(diào)研工作，引導(dǎo)相關(guān)工作人員以及部門的踴躍參與。當(dāng)然設(shè)計(jì)人員要積極把自己的設(shè)計(jì)理念和房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的實(shí)際需求結(jié)合起來，根據(jù)施工情況完善結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方案，給出具備建設(shè)性的意見與建議，確保房屋建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)工作的開展效果。

3.2 注重先進(jìn)技術(shù)的運(yùn)用

隨著房屋建筑行業(yè)的蓬勃發(fā)展與現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，越來越多的先進(jìn)技術(shù)手段逐步和房屋建筑行業(yè)融合，對(duì)先進(jìn)技術(shù)進(jìn)行運(yùn)用已經(jīng)成為一種趨勢(shì)。在房屋建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)當(dāng)中，設(shè)計(jì)人員可以結(jié)合客戶提出的需要以及設(shè)計(jì)目標(biāo)的差異性，把大量的科技手段應(yīng)用到前期設(shè)計(jì)工作當(dāng)中，提升設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量，減少人力投入，降低人為因素對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果的影響。另外，對(duì)先進(jìn)科技手段的運(yùn)用還可以有效優(yōu)化結(jié)構(gòu)建模，對(duì)每項(xiàng)工程的具體數(shù)據(jù)信息進(jìn)行確定，輔助工作人員迅速掌握每個(gè)項(xiàng)目的參數(shù)，確定出更優(yōu)的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案[5]。

3.3 優(yōu)化內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在對(duì)房屋建筑的整個(gè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化處理的過程中，不能忽略內(nèi)部建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。把內(nèi)部建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)融合到設(shè)計(jì)的每個(gè)環(huán)節(jié)，除了可以確保工程施工與有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范相符之外，還可以提高房屋建筑使用性能。就拿澆板設(shè)計(jì)工作來說，設(shè)計(jì)人員需要綜合剖析現(xiàn)澆板受力的具體情況，以此為基礎(chǔ)展開結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，從而避免在接下來的施工中發(fā)生拐角裂縫等問題。

4 房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化措施

4.1 優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案

在房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作當(dāng)中，有效確定設(shè)計(jì)方案是其中尤為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。設(shè)計(jì)人員在對(duì)房屋建筑結(jié)構(gòu)方案進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，必須做到綜合考慮，考量施工環(huán)節(jié)存在的多個(gè)影響因素，在積極整合內(nèi)部與外部因素的基礎(chǔ)之上，透徹研究房屋建筑施工環(huán)節(jié)存在的多個(gè)約束性條件，最終選擇和房屋建筑施工安全質(zhì)量要求最相符，同時(shí)又可以最節(jié)約成本的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。在選取設(shè)計(jì)方案的過程中，可以使用的方法有很多，其中比較經(jīng)典和有效的方法有拉格朗日乘數(shù)法、復(fù)合形法、POWELL等[6]。設(shè)計(jì)人員應(yīng)該嚴(yán)控原材料的質(zhì)量以及安全，確保使用的全部零部件質(zhì)量達(dá)標(biāo)，能夠在使用過程中發(fā)揮應(yīng)有效能。另外，設(shè)計(jì)人員需要對(duì)房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)外部影響因素進(jìn)行全盤考慮，把客觀因素也就是人、物、財(cái)?shù)瓤赡軙?huì)帶來的消極影響降到最低，消除建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化當(dāng)中的安全隱患問題。除此以外，在編制結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的過程中，設(shè)計(jì)人員要重視對(duì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化處理。一般情況下，房屋建筑存在非常復(fù)雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，而伴隨建筑承載力的升高計(jì)算誤差，極有可能會(huì)大大超出規(guī)范。計(jì)算誤差的存在極有可能帶來較高的施工成本，所以非常有必要對(duì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行精簡(jiǎn)，提升方案的優(yōu)化設(shè)計(jì)水平。

4.2 優(yōu)化基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

要處理好房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方面的工作，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該提高主體責(zé)任意識(shí)，全方位考量建筑結(jié)構(gòu)對(duì)建筑整體安全與質(zhì)量的影響?；A(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)居于基礎(chǔ)地位，也是做好整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的前提條件。設(shè)計(jì)人員要重視房屋建筑基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并且在這一工作當(dāng)中從不同角度出發(fā)，綜合考慮基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的控制效果，把握結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的時(shí)機(jī)，優(yōu)化施工工序，把基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化工作做在前面。就拿裝基礎(chǔ)施工安裝來說，在樁基項(xiàng)目的施工操作當(dāng)中，施工人員需要對(duì)樁基施工的直徑高度進(jìn)行細(xì)致考量。另外，工作人員應(yīng)該在優(yōu)化基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程中做好對(duì)施工成本的把控，積極將科技手段引入施工環(huán)節(jié)，跟上時(shí)代以及行業(yè)發(fā)展的新型戰(zhàn)略理念，樹立正確的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)思維。此外，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該開展有效的調(diào)查工作，了解客戶不同的審美需要，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)當(dāng)中做到從用戶需求出發(fā)，也為后期的維護(hù)打下基礎(chǔ)[7]。

4.3 優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模型

優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模型是結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)當(dāng)中非常關(guān)鍵的步驟，為了確保優(yōu)化效果，應(yīng)該嚴(yán)格遵循下面的原則：第一，對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)變量進(jìn)行科學(xué)選取。設(shè)計(jì)人員應(yīng)該對(duì)房屋建筑結(jié)構(gòu)的每個(gè)參數(shù)與系統(tǒng)特性進(jìn)行透徹了解，而且要做好各類數(shù)據(jù)的分析，確定出會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)帶來影響的主觀因素以及客觀因素。第二，對(duì)房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)目標(biāo)參數(shù)進(jìn)行確定和精準(zhǔn)把握。選取參數(shù)是優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要一環(huán)。設(shè)計(jì)人員在目標(biāo)參數(shù)的把控上應(yīng)該考慮實(shí)際情況，并注意對(duì)整體成本投入的控制，維護(hù)項(xiàng)目整體效益[8]。第三，綜合考慮建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全與穩(wěn)定性。安全、穩(wěn)定是設(shè)計(jì)人員做好結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)當(dāng)中提出的基本要求，這就需要在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模型優(yōu)化當(dāng)中規(guī)范整個(gè)施工操作和設(shè)計(jì)活動(dòng)，做好對(duì)各個(gè)細(xì)節(jié)的把握，發(fā)現(xiàn)并且處理安全隱患。

4.4 優(yōu)化上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

大量實(shí)踐研究表明，和房屋建筑的其他位置結(jié)構(gòu)相比，上部結(jié)構(gòu)是更易受剪切力影響的部分。如果上部結(jié)構(gòu)受到剪切力的嚴(yán)重干擾，會(huì)導(dǎo)致房屋建筑穩(wěn)定性降低，甚至帶來無法預(yù)估的安全風(fēng)險(xiǎn)。所以設(shè)計(jì)人員在優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程中，應(yīng)該就上部結(jié)構(gòu)的優(yōu)化提出科學(xué)方案，確保上部結(jié)構(gòu)幾何中心處在正上方中心處，保證好房屋建筑整體的穩(wěn)定性與安全性。具體來說，設(shè)計(jì)人員需要對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，特別是要重視建筑平面形心以及結(jié)構(gòu)中心的設(shè)計(jì)，保證二者的一致性；科學(xué)設(shè)計(jì)建筑空間，并運(yùn)用科學(xué)的計(jì)算方法做好結(jié)構(gòu)計(jì)算，保證剪力墻墻體和整個(gè)建筑墻體的一致性；優(yōu)化磚混結(jié)構(gòu)，提高對(duì)承重墻設(shè)計(jì)的關(guān)注度，尤其是要聚焦錯(cuò)動(dòng)與大洞口問題，防范安全事故；運(yùn)用有效的建筑工藝做好構(gòu)造柱與強(qiáng)度長(zhǎng)度的確定，對(duì)建筑層高和層數(shù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)[9]。

4.5 優(yōu)化地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

地下室是房屋建筑的一個(gè)重要組成，而且地下室結(jié)構(gòu)成本通常在房屋建筑結(jié)構(gòu)總成本當(dāng)中占極大比重，而且地下室結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)是項(xiàng)目整體成本控制的重點(diǎn)，所以設(shè)計(jì)人員必須關(guān)注地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化。設(shè)計(jì)人員需要基于建筑設(shè)計(jì)的基本需求，利用盡可能降低地下室層高的方法，節(jié)省建筑材料，達(dá)成成本管理目標(biāo)。另外，降低地下室層高這種方法的運(yùn)用可以明顯減少土方開挖量，節(jié)約施工操作時(shí)間，減少后期的維護(hù)成本。設(shè)計(jì)人員有必要對(duì)施工地段的環(huán)境進(jìn)行考慮，比方說在地下水豐富的地段施工時(shí)，需要考慮浮力對(duì)建筑結(jié)構(gòu)帶來的影響，在實(shí)際處理過程當(dāng)中適當(dāng)降低地下室層高，減少抗拔樁與底板配筋的應(yīng)用量。在正式推進(jìn)地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作當(dāng)中，設(shè)計(jì)時(shí)還需要考慮到土壤重力轉(zhuǎn)化、地下水浮力等因素，原因是上述客觀因素會(huì)影響房屋建筑結(jié)構(gòu)。考慮到地下室底板與側(cè)墻承受壓力要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于地面建筑的承受壓力，所以在對(duì)施工材料進(jìn)行選取時(shí)應(yīng)該保證用量超過地上建筑[10]。每個(gè)設(shè)計(jì)人員都要對(duì)房屋建筑各部分的具體受力情況進(jìn)行分析與記錄，在把握好操作流程的基礎(chǔ)上，精確計(jì)算出材料使用量。如果結(jié)構(gòu)部位的受力少，可利用通用鋼筋完成建造，如果某部分的受力大，可運(yùn)用局部附加方法完成建造工作。

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)房屋建筑的優(yōu)劣起到了非常重要的作用，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)當(dāng)中巧妙融合創(chuàng)新思維，注重對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化，不僅能夠讓建筑結(jié)構(gòu)空間布置的合理性得到提高，還可以確保每個(gè)受力點(diǎn)的科學(xué)安排，提高建筑整體美觀度以及實(shí)用性，最為關(guān)鍵的是保證好建筑工程質(zhì)量。房屋建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員應(yīng)該積極提高自身的專業(yè)素質(zhì)，高度重視建筑結(jié)構(gòu)的安全性與穩(wěn)定性，有效學(xué)習(xí)豐富的理論知識(shí)，總結(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)當(dāng)中的創(chuàng)新經(jīng)驗(yàn)與方法，從而制定出更為優(yōu)質(zhì)的房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，推動(dòng)新時(shí)期房屋建筑工作的長(zhǎng)效發(fā)展。