孫久暉

【摘 要】在當前的建筑工程中，最為常見的結(jié)構(gòu)形式有：框架結(jié)構(gòu)、框剪結(jié)構(gòu)、框剪結(jié)構(gòu)等。不管設(shè)計怎樣的結(jié)構(gòu)形式，其造價都占有非常大的比例。為了在穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上降低其工程造價，就需要在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中采取合理的措施優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)，堅持適用、經(jīng)濟的設(shè)計原則，制定合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，從而最大限度的降低工程造價，并提高建筑的社會、經(jīng)濟效益。本文就結(jié)構(gòu)優(yōu)化在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用作簡要論述，以供相關(guān)技術(shù)人員參考。

【關(guān)鍵詞】結(jié)構(gòu)設(shè)計；建筑結(jié)構(gòu)；優(yōu)化技術(shù)

近年來，隨著城市建設(shè)的不斷發(fā)展，城市用地面積越來越緊張，這就導致了城市土地的價格不斷上漲，給房地產(chǎn)開發(fā)商帶來了巨大的壓力。另外，由于人民生活水平的不斷提高，對于建筑物的要求也越來越高。房地產(chǎn)開發(fā)商要想在降低工程造價的基礎(chǔ)上滿足人們的高需求，就需要在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中不斷優(yōu)化結(jié)構(gòu)，盡量提高建筑空間與資源的利用價值，從而實現(xiàn)經(jīng)濟性、實用性和適用性的目標。

1.建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法的應(yīng)用及實踐價值

1.1結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法的應(yīng)用

設(shè)計師在對建筑結(jié)構(gòu)進行設(shè)計的過程中，主要分為兩個方面的設(shè)計：建筑工程整體結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計以及建筑工程局部結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計。通常來說，建筑工程局部結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計主要包括基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)、屋頂結(jié)構(gòu)、護圍結(jié)構(gòu)以及建筑結(jié)構(gòu)的各個細節(jié)的優(yōu)化設(shè)計。在建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計過程中，我們必須要根據(jù)建筑的實際情況出發(fā)，從結(jié)構(gòu)的選型、布局、受力特點、工程造價等各個方面進行分析，然后根據(jù)相關(guān)規(guī)定要求來制定一個合理的設(shè)計方案，從而提高建筑的社會經(jīng)濟效益。

1.2結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法的實踐價值

在設(shè)計建筑結(jié)構(gòu)的過程中，首先我們需要考慮到建筑結(jié)構(gòu)的長遠效益，所以在設(shè)計中應(yīng)該盡量減少近期的投資，這樣可以有效的提高建筑結(jié)構(gòu)的安全可靠性。相對于傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計而言，采用這種結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)有利于降低工程的造價，提高了建筑材料與資源的利用價值，能夠?qū)⒔ㄖY(jié)構(gòu)與內(nèi)部各部位具有協(xié)調(diào)性，從而滿足了國家的規(guī)范要求。另外，采用這種結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)還能夠合理的決策建筑的設(shè)計方案，使建筑結(jié)構(gòu)達到適用、安全、經(jīng)濟的目的。

2.民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計與經(jīng)濟性的關(guān)系

2.1結(jié)構(gòu)設(shè)計與用地的關(guān)系

目前，隨著城市化建設(shè)的不斷發(fā)展，高層、多層、大跨度建筑迅速崛起。我們通常所說的建筑總面積也就是各層樓建筑面積的總和，也就是說，在一些多層或者高層建筑中，如果層數(shù)多的話，那么每一層樓的占地面積就會相應(yīng)減少?，F(xiàn)階段，我國城市中的建筑越來越高，這就要求各個建筑必須要有足夠的間距，所以說，建筑的層數(shù)與城市的用地面積沒有太大的關(guān)系。

2.2結(jié)構(gòu)設(shè)計與造價的關(guān)系

建筑層數(shù)或者高度直接影響到整個工程的造價，但是不同的建筑結(jié)構(gòu)形式對于工程造價的影響程度也就不同。在建筑的屋頂結(jié)構(gòu)中，無論需要蓋多少層樓，都是共用一個屋蓋，這個屋蓋的造價是根據(jù)每一個建筑的實際情況而定的，并不會隨著建筑層數(shù)的增加而增加。反之，屋蓋的造價會隨著建筑層數(shù)的遞增而逐漸降低。在建筑的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)中，由于一項建筑工程只需要制作一個地基，它與建筑層數(shù)也呈反比。而在建筑的護圍結(jié)構(gòu)中，建筑層數(shù)越高，我們就越需要對其加強質(zhì)量的控制，不僅需要提高建筑物的承載力，還需要增強建筑的抗震能力，所以這就增加了建筑的工程造價。

2.3高層住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計與經(jīng)濟性的關(guān)系

住宅的層高直接影響住宅的造價，因為層高增加，墻體面積和柱體積增加，并增加結(jié)構(gòu)的自重，會增加基礎(chǔ)和柱的承載力，并使水衛(wèi)和電氣的管線加長。降低層高，可節(jié)省材料、節(jié)約能源，有利于抗震，節(jié)省造價。同時，除降低層高可以減少住宅建筑總高度，縮小建筑之間的日照距離，所以降低層高能也取得節(jié)約用地的效果。

在相同建筑面積時，住宅建筑平面形狀不同，住宅的外墻周長系數(shù)也不相同。顯然平面形狀越接近方形或圓形外墻周長系數(shù)越小外墻砌體、基礎(chǔ)、內(nèi)外表面裝修等也隨之減少，并且受力性能好，造價會降低?？紤]到住宅的使用功能和方便性，通常單體住宅建筑的平面形狀多為矩形。

3.結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用

3.1直覺優(yōu)化（概念設(shè)計優(yōu)化）技術(shù)與建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計

對于同一建筑方案，可以有許多不同的結(jié)構(gòu)布置設(shè)計；確定了結(jié)構(gòu)布置的建筑物，即使在同種荷載情況下也存在不同的分析方法；分析過程中設(shè)計參數(shù)、材料、荷載的取值也不是惟一的：建筑物細部的處理更是不盡相同，這些問題是計算機無法完全解決的都需要設(shè)計人員自己作出判斷。而判斷只能在結(jié)構(gòu)設(shè)計的一般規(guī)律指導下，根據(jù)工程實踐經(jīng)驗進行，這便是前面所說的概念設(shè)計。因此，概念設(shè)計存在于設(shè)計師對多種備選方案進行選擇的過程中。

3.2概念設(shè)計處理的實際建筑設(shè)計問題

概念設(shè)計所要處理的問題多種多樣。但可以肯定的是希望通過概念設(shè)計，建筑結(jié)構(gòu)能在各種不期而遇的外部作用下不受破壞，或?qū)⑵茐某潭冉抵磷畹?。因此，分析如何?yīng)付建筑物可能遭遇的各種不確定因素成為概念設(shè)計的重要內(nèi)容。其中，地震作用最為難以琢磨，破壞性也最大。故而'建筑設(shè)計過程中就應(yīng)該未雨綢繆，從計算及構(gòu)造等各個方面都要采取一些有助于提高抗震能力的措施，不利于抗震的作法則應(yīng)盡量避免。剛度均勻、對稱是減小地震在結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生不利影響的重要手段：延性設(shè)計則能有效地防止結(jié)構(gòu)在地震作用下發(fā)生脆性破壞；多道設(shè)防思想能使建筑在特大地震作用下次要的構(gòu)件先破壞，消耗一部分地震能量。這些抗震設(shè)防思想在整個設(shè)計過程中都應(yīng)該作為概念設(shè)計的重要指導思想。

4.結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的現(xiàn)實意義

進行結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化提高建筑結(jié)構(gòu)經(jīng)濟性。建筑的層高增加，由于墻體面積和柱體積增加，結(jié)構(gòu)的自重會增加，基礎(chǔ)和柱的承載力相應(yīng)增加，水衛(wèi)和電氣的管線會加長；相反降低層高，可節(jié)省材料，有利用抗震，同時建筑的總高度減小，兩建筑之間的日照距離就會減小，間接的節(jié)約了用地。建筑面積相同，建筑使用不同的平面形狀時，它的外墻周長也就會不同，這樣當選擇圓形或是越接近于方形時，外墻周長系數(shù)就越小，基礎(chǔ)、外墻砌體、內(nèi)外表面裝修都隨之減少，同時其受力性能也得到提高，增強了建筑的經(jīng)濟性能。

5.結(jié)語

建筑是凝固的藝術(shù)，建筑師總是希望通過建筑物表達自己的設(shè)計意圖，力求藝術(shù)性和實用性的完美結(jié)合。結(jié)構(gòu)師在保證安全性的前提下，當然應(yīng)該敢于挑戰(zhàn)新的結(jié)構(gòu)形式，使建筑師的意圖得以實現(xiàn)。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中，在基本滿足建筑師設(shè)計意圖的基礎(chǔ)上，平面布置應(yīng)盡量規(guī)則，對稱，盡量縮小質(zhì)量中心和剛度中心的差異：使建筑物在水平荷載作用下不致產(chǎn)生太大的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。豎向布置上，在滿足功能要求的前提下，盡量使豎向承重構(gòu)件上下貫通；能不使用轉(zhuǎn)換層的就應(yīng)避免使用，以減小結(jié)構(gòu)分析和設(shè)計上的困難，另外也不經(jīng)濟，還容易造成應(yīng)力集中；豎向剛度最好不要突變，而要漸變，否則突變處在水平荷載作用下會出現(xiàn)嚴重的應(yīng)力集中現(xiàn)象，這對結(jié)構(gòu)抵抗水平動力荷載是十分不利的。

【參考文獻】

[1]談建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計[J].建筑科學，2009（4）.

[2]張紅友.優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計減少建筑投資成本[J].陜西建筑，2008（11）.