馬魁 劉慶貴

摘要：在建筑工程的成本中建筑結(jié)構(gòu)的造價占有較大的比例，而建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計可以實現(xiàn)可觀的經(jīng)濟效益。為此，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計人員在實際的協(xié)作中，應(yīng)加強溝通，精心設(shè)計。應(yīng)用優(yōu)化技術(shù)，選擇合理的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，降低建筑工程的成本。

關(guān)鍵詞：房屋建筑；建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計；應(yīng)用；優(yōu)化技術(shù)

中圖分類號：TB

文獻標識碼：A

文章編號：1672-3198（2013）05-0193-02

當前，隨著我國經(jīng)濟快速發(fā)展，在建筑方面的投入不斷增加，同時為了滿足人們居住條件及生活環(huán)境要求的愿望，建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本要求在于建造的建筑結(jié)構(gòu)應(yīng)具有一定的功能性、安全性、耐久性。同時還要求具有一定的經(jīng)濟性、美觀性和便于后期施工等幾個方面的特點。而本文所講的建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計是在滿足以上基本要求下做的更進一步、更為合理地建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計，使建造的建筑工程不僅能夠滿足造型美觀、結(jié)構(gòu)安全以及經(jīng)濟合理等方面的實際意義，能夠為廣大民眾提供一個良好的生活居住環(huán)境。

1房屋中建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化技術(shù)的內(nèi)容

建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的內(nèi)容首先應(yīng)遵循設(shè)計規(guī)范以及滿足建設(shè)方的使用要求為前提，充分考慮房屋建筑設(shè)計遇到的實際情況，以實現(xiàn)經(jīng)濟上最合理為目的。我們把這個設(shè)計的過程稱為優(yōu)化設(shè)計。優(yōu)化設(shè)計側(cè)重于對建筑結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)選型、構(gòu)件的布置方式、以及結(jié)構(gòu)的受力情況進行優(yōu)化設(shè)計分析。從大的方面可以分成兩部分：一部分是以結(jié)構(gòu)總體為對象的優(yōu)化設(shè)計；另一部分是以房屋分部結(jié)構(gòu)為對象的優(yōu)化設(shè)計。其中分部結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計部分又可以細分為圍護結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計、細部結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計、下部基礎(chǔ)部分的優(yōu)化設(shè)計、中間部分主體結(jié)構(gòu)部分的優(yōu)化設(shè)計、上部屋蓋結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計。

2房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計與經(jīng)濟的關(guān)系

（1）房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計層數(shù)與用地面積之間的關(guān)系：從表面上看多層或高層建筑中，隨著層數(shù)的增加，建筑物單位總建筑面積所使用的土地面積就越少。但是實際上不是這樣的，隨著建筑物層數(shù)的增加，建筑物的總高度也會增加。這樣勢必會增大相鄰建筑物之間的間距，會增大建筑物單位總建筑面積所使用的土地面積。所以單位總建筑面積所使用的土地面積與建筑物的層數(shù)之間沒有某種很必然的聯(lián)系。為此進行建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計時應(yīng)充分考慮，尋求建筑層數(shù)與用地面積之間的協(xié)調(diào)關(guān)系。

（2）房屋建筑結(jié)構(gòu)的分部部分與建筑物層數(shù)之間的關(guān)系：由于同一個建筑物共用屋蓋部分，所以屋蓋部分的單位設(shè)計成本會隨著建筑物層數(shù)的增加而降低。但是對于基本部分則不同，雖然同一個建筑物共用一個基礎(chǔ)部分。但是隨著建筑物層數(shù)的增加，上部主體部分給基礎(chǔ)部分施加的荷載增加。為了保障建筑物的安全，基礎(chǔ)部分的設(shè)計需要提高其構(gòu)件的承載力，這樣就會增加基本部分的設(shè)計成本。所以基礎(chǔ)部分的設(shè)計成本會隨著建筑物層數(shù)的增加而增加。

同樣對于結(jié)構(gòu)內(nèi)部的一些承重結(jié)構(gòu)構(gòu)件，如墻、柱、梁等構(gòu)件，隨層數(shù)增加這些構(gòu)件所需要面對的實際環(huán)境更復雜，為保障建筑物的安全，就需要采取提高這些基礎(chǔ)構(gòu)件承載力的措施，這樣也會直接造成這些基礎(chǔ)構(gòu)件設(shè)計的成本增加。所以建筑物內(nèi)部不同的分部部分，層數(shù)對其造價成本的影響是不同的。

（3）房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計與建筑設(shè)備之間的經(jīng)濟關(guān)系：房屋建筑結(jié)構(gòu)在建造的過程中需要大量的給排水管道以及電氣設(shè)備材料。房屋的層高直接影響房屋建筑設(shè)備部分的造價成本，建筑物的層數(shù)越多，需要的給排水管道量越大，同時需要的電氣設(shè)備量也會增加，這樣就會間接的增大建筑設(shè)備部分的造價成本。

（4）房屋建筑結(jié)構(gòu)的體型設(shè)計與經(jīng)濟的關(guān)系：要建造相同面積的建筑物，方形或圓形平面形狀，其周長越小。所消耗的墻體面積越少，后期墻體的裝修投入的成本越少。除此以外，方形或圓形平面形狀的建筑物其結(jié)構(gòu)內(nèi)部構(gòu)件的受力狀態(tài)更穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)更穩(wěn)固。因此，大部分的建筑物采用方形或圓形的平面形狀。

3優(yōu)化技術(shù)在房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用

3.1重視概念設(shè)計優(yōu)化技術(shù)的分析

由于建筑物結(jié)構(gòu)布置方案的多樣性，對于同一個建筑方案，可以選擇不同的結(jié)構(gòu)布置方案；由于分析方法的不唯一性，對于已經(jīng)確定結(jié)構(gòu)布置方案的建筑物，在考慮相同荷載作用情況下可以選擇不同的分析方法；另外建筑物的設(shè)計選用的設(shè)計參數(shù)指標、取用的建筑材料、荷載標準值的取法也是不唯一的。以上部分的處理，無法直接依靠設(shè)計的軟件也就是計算機給出答案。這些部分的處理，需要依靠設(shè)計人員確定。然而不同的設(shè)計人員對以上部分的處理意見是不同的。為此處理這些問題就需要設(shè)計人員有一定的經(jīng)驗積累。經(jīng)驗越豐富的設(shè)計人員，在處理這些問題時，方案的選擇越靈活、判斷的過程越充分、做出的選擇越合理，越優(yōu)化。這就是我們所說的概念設(shè)計優(yōu)化過程。這說明，實現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計要重視設(shè)計人員的經(jīng)驗積累。經(jīng)驗越豐富的設(shè)計人員，越能實現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計。

3.2概念設(shè)計優(yōu)化要解決的是建筑設(shè)計中實際的復雜問題

房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要目的是要保證所建造的建筑物的功能性、安全性，以及耐久性。能夠在規(guī)定的使用年限內(nèi)滿足各種功能的要求，同時做到最大限度的節(jié)約資金。

為此概念設(shè)計優(yōu)化的最終目標是希望所完成設(shè)計的建筑物能抵抗各種不期而遇的外部作用因素。在外部因素的作用下設(shè)計的這些建筑物不至于倒塌。因此，分析建筑物應(yīng)對復雜的外部復雜環(huán)境因素成為概念優(yōu)化設(shè)計的重要內(nèi)容。在這些復雜環(huán)境因素中，以地震作用比較特殊。地震作用無法確定其發(fā)生的時間，地點，能量等級。其活動沒有規(guī)律可參考，一旦發(fā)生地震作用，其對建筑物產(chǎn)生的破壞性也是嚴重的。為此在設(shè)計過程中應(yīng)該充分的考慮建筑物受到的地震作用，避免地震作用對建筑物產(chǎn)生的破壞。加強建筑物的抗震設(shè)計，取用一些有效的抗震設(shè)計方案。采用剛度對稱均勻的建筑布置方案可以提高建筑物的抗震能力；遵循建筑物的延性設(shè)計理念，也可以有效地防止結(jié)構(gòu)在地震作用下發(fā)生脆性破壞；如果在特大地震作用下首先發(fā)生破壞的是次要的構(gòu)件，次要構(gòu)件在破壞的過程中會消耗一部分地震能量，這樣可以有效的保護主要構(gòu)件，我們把這種設(shè)計理念稱為多道設(shè)防思想，加強采用多道設(shè)防思想。

4房屋建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)的應(yīng)用需注意的事項

（1）房屋建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)的應(yīng)用需注意到前期的參與。前期方案的確定會直接影響建筑項目的總成本，而目前普遍存在前期方案確定中結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計技術(shù)并不參與其中，以致相關(guān)設(shè)計人員在進行房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時往往會不注意建筑結(jié)構(gòu)的合理性和可行性，這樣的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計結(jié)果會對結(jié)構(gòu)設(shè)計造成直接的影響，增加了結(jié)構(gòu)設(shè)計的困難度，并且增加了房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的成本。為此，設(shè)計人員應(yīng)充分的融入結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計方案，使結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計方案初期參與其中，優(yōu)化選擇合理的結(jié)構(gòu)形式和設(shè)計方案，可以節(jié)約成本。

（2）注重細部優(yōu)化：① 除了注重整體設(shè)計的同時，也應(yīng)加強結(jié)構(gòu)基本構(gòu)件的精細設(shè)計。比如盡量劃分矩形板塊的現(xiàn)澆板設(shè)計，這樣既可以使現(xiàn)澆板設(shè)計的受力合理，也可以避免拐角裂縫的出現(xiàn)。②隨著計算機技術(shù)以及結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計理論的結(jié)合，在具體的優(yōu)化設(shè)計過程中，優(yōu)化設(shè)計實際上已由一個工程實踐問題轉(zhuǎn)化為一個數(shù)學問題。因此，工程設(shè)計人員應(yīng)加強自身基于計算機技術(shù)的優(yōu)化設(shè)計分析。

5結(jié)語

房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要目的是要保證所建造的建筑物的功能性、安全性，以及耐久性。能夠在規(guī)定的使用年限內(nèi)滿足各種功能的要求，同時做到最大限度的節(jié)約資金。建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計可以實現(xiàn)可觀的經(jīng)濟效益。為此，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計人員在實際的協(xié)作中，應(yīng)加強溝通，精心設(shè)計。應(yīng)用優(yōu)化技術(shù)，選擇合理的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方案。降低建筑工程的成本。

參考文獻

[1]羅福年，張慧英，楊軍.建筑結(jié)構(gòu)概念設(shè)計及案例[M].北京：清華大學出版社，2003.

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