摘要：在保證建筑結(jié)構(gòu)能有長(zhǎng)期效益的基礎(chǔ)上，不僅應(yīng)該不斷提高建筑結(jié)構(gòu)的安全性和合理性，還應(yīng)該盡最大可能降低建筑工程的成本和投資。本文簡(jiǎn)要分析了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)在鋼筋混凝土建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；房屋結(jié)構(gòu)；優(yōu)化技術(shù)

在設(shè)計(jì)建筑結(jié)構(gòu)的過程中，在基本理解建筑設(shè)計(jì)師的設(shè)計(jì)思想的前提下，應(yīng)該使平面布局盡可能對(duì)稱和規(guī)則，使質(zhì)心和剛度中心之間的差異盡量減少，以使建筑物在水平力的作用下不會(huì)發(fā)生很大程度的扭轉(zhuǎn)?？v向布局上，在滿足功能性要求的基礎(chǔ)上，盡可能使垂直承重構(gòu)件能夠上下連通；為了降低結(jié)構(gòu)分析和設(shè)計(jì)上的困難程度，節(jié)省建筑成本，應(yīng)該盡最大能力避免使用轉(zhuǎn)換層；垂直剛度最好不要發(fā)生突變，而是進(jìn)行漸變，以防止在水平荷載作用下突變的地方出現(xiàn)嚴(yán)重的應(yīng)力集中問題，這對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)的水平荷載承受能力是沒有好處的。由此看來，房屋建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中有著很多值得學(xué)習(xí)和研究的問題。

1房屋結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的現(xiàn)實(shí)意義

在房屋結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中采用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)，不僅達(dá)到了房子實(shí)用、美觀的效果，而且還能在很大程度上節(jié)約建設(shè)成本，實(shí)現(xiàn)了“物美價(jià)廉”的期望。所有的建筑商都期待能夠在保證建筑結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期有效的基礎(chǔ)上，最大可能地提高建筑結(jié)構(gòu)的安全性和可靠性，同時(shí)也能最大限度地減少建筑工程的投資成本，這樣才能更好的實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)價(jià)值。另外，它能夠?yàn)榻ㄖ恼w設(shè)計(jì)方案進(jìn)行科學(xué)的決策，完美地實(shí)現(xiàn)了適用、經(jīng)濟(jì)和安全的設(shè)計(jì)目標(biāo)。

通常，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的工作主要是根據(jù)建筑設(shè)計(jì)的要求，采用合理的設(shè)計(jì)理念和方法，來確定適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)形式、布置以及具體的構(gòu)件設(shè)計(jì)尺寸。對(duì)常見的鋼筋混凝土住宅結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行優(yōu)化時(shí)，可以從結(jié)構(gòu)整體的布局以及具體構(gòu)件兩方面的因素來加以考慮。影響結(jié)構(gòu)整體布局的因素包括了建筑物的體型特征、柱網(wǎng)尺寸、層高以及抗側(cè)力構(gòu)件的位置等；具體構(gòu)件因素主要包括結(jié)構(gòu)的布置、構(gòu)件的截面、混凝土和鋼筋強(qiáng)度等級(jí)及配筋構(gòu)造等。綜合考慮兩方面的因素影響是必須的，為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，對(duì)工程師提出了更高的要求，即需要結(jié)構(gòu)工程師對(duì)結(jié)構(gòu)和構(gòu)件受力特征有充分的把握，能根據(jù)構(gòu)件設(shè)計(jì)的合理經(jīng)驗(yàn)和規(guī)范的深刻理解，采用合理優(yōu)化方法進(jìn)行有效設(shè)計(jì)。

2房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的措施

2.1進(jìn)行正確的結(jié)構(gòu)計(jì)算

一體化計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)程序的不斷完善和全面應(yīng)用，使結(jié)構(gòu)工程師從繁重復(fù)雜的結(jié)構(gòu)計(jì)算中解脫出來。結(jié)構(gòu)工程師可以在概念、經(jīng)驗(yàn)和估算的基礎(chǔ)上借助計(jì)算機(jī)進(jìn)行可靠的分析計(jì)算，經(jīng)過多次計(jì)算比較和調(diào)整，使結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更加合理和經(jīng)濟(jì)。在利用計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)程序進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)，要注意以下問題：不能盲目的依賴計(jì)算機(jī)；對(duì)于輸入的幾何圖形、構(gòu)件尺寸、荷載數(shù)據(jù)等應(yīng)認(rèn)真核對(duì)，力求準(zhǔn)確無誤；對(duì)計(jì)算參數(shù)的選取要正確合理；注意實(shí)際結(jié)構(gòu)與計(jì)算模型的差異。

2.2加強(qiáng)剪力墻的設(shè)計(jì)

剪力墻設(shè)計(jì)中連梁的設(shè)計(jì)是關(guān)鍵。聯(lián)肢墻是通過連梁連接的各墻肢聯(lián)結(jié)而成，從而增加了墻肢的約束條件。連梁的剛度增大必將使得結(jié)構(gòu)的地震作用也增大，這樣連梁和墻肢分配內(nèi)力也相應(yīng)增大，此時(shí)必須增大構(gòu)件的配筋量，顯然這一設(shè)計(jì)結(jié)果必然會(huì)造成材料的浪費(fèi)。因此，在住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，有經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)師都不會(huì)采用大剛度的窗下墻作為連梁，而是將連梁設(shè)計(jì)成為截面、剛度較小的弱連梁。顯然，剪力墻數(shù)量越多，結(jié)構(gòu)抗側(cè)力剛度愈大，相應(yīng)結(jié)構(gòu)位移會(huì)減小，但是結(jié)構(gòu)地震力會(huì)隨抗側(cè)力剛度增大而加大，對(duì)結(jié)構(gòu)的造價(jià)控制不利。因此剪力墻應(yīng)以周邊均勻、對(duì)稱、分散等原則合理布置，以規(guī)范規(guī)定的水平位移限值為準(zhǔn)盡可能減少剪力墻數(shù)量。

2.3 選擇節(jié)能指標(biāo)較高的結(jié)構(gòu)類型

選擇不同的房屋結(jié)構(gòu)形式，就相當(dāng)于選擇了不同的建筑模式，通常，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模式有以下三種。

（1）短肢剪力墻和一般剪力墻相結(jié)合的結(jié)構(gòu)。高層建筑通常采用這種結(jié)構(gòu)，它依托于混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)，相比于剪力墻結(jié)構(gòu)，鋼筋的使用數(shù)量也較少。（2）框架結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)在于開間大、布局靈活、成本低廉，但它的抗震能力比剪力墻結(jié)構(gòu)弱，較大的支柱截面形成外凸的柱角會(huì)妨礙家具的布置。（3）框架—剪力墻結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)是在框架結(jié)構(gòu)中合理的布置一定量的剪力墻，形成結(jié)構(gòu)更合理、適用性更好、抗變形壓力更強(qiáng)的結(jié)構(gòu)。上面三種結(jié)構(gòu)模式各有優(yōu)缺點(diǎn)，我們?cè)谶x擇結(jié)構(gòu)模式時(shí)，不能片面認(rèn)為成本最低的解決方案就是最科學(xué)、最合理的方案，而應(yīng)該根據(jù)房屋業(yè)主的功能需求、建設(shè)單位投資水平和施工能力等因素全面分析結(jié)構(gòu)類型，均衡優(yōu)化投資和收益，基于項(xiàng)目實(shí)際情況客觀地選擇最合適的結(jié)構(gòu)模式。

2.4注重細(xì)部結(jié)構(gòu)優(yōu)化

在注重整體設(shè)計(jì)的同時(shí)，也應(yīng)加強(qiáng)結(jié)構(gòu)局部構(gòu)件的精細(xì)設(shè)計(jì)。比如現(xiàn)澆板設(shè)計(jì)中盡量把異形板劃分為矩形板，這樣既達(dá)到合理受力的目的，也避免了拐角裂縫的出現(xiàn)。

3樹立精品意識(shí)

對(duì)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的過程是結(jié)構(gòu)工程師打造設(shè)計(jì)精品的過程，要求結(jié)構(gòu)工程師不僅要具備深厚扎實(shí)的專業(yè)基本理論基礎(chǔ)、豐富的實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)、更要有盡心盡力、精益求精、追求完美的精品意識(shí)。設(shè)計(jì)單位要提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力，必須實(shí)施精品戰(zhàn)略，走精品之路。改變以往在管理上重業(yè)務(wù)經(jīng)營(yíng)輕技術(shù)質(zhì)量，造成設(shè)計(jì)人不注重技術(shù)水平的提高，設(shè)計(jì)只要保證不出大的質(zhì)量問題，方案的好壞、造價(jià)的高低無關(guān)緊要，使優(yōu)化設(shè)計(jì)失去內(nèi)在動(dòng)力。導(dǎo)致對(duì)設(shè)計(jì)方案不認(rèn)真進(jìn)行經(jīng)濟(jì)分析，而是為保險(xiǎn)起見，隨意加大安全系數(shù)，造成投資浪費(fèi)。只有在單位內(nèi)部管理上把設(shè)計(jì)質(zhì)量同個(gè)人效益掛鉤，才能提高設(shè)計(jì)人員的質(zhì)量意識(shí)和經(jīng)濟(jì)觀念，使結(jié)構(gòu)專業(yè)經(jīng)濟(jì)化。

總而言之，建筑結(jié)構(gòu)的成本在建筑工程中占非常大的比例，而采用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益是十分可觀的。建筑設(shè)計(jì)單位和設(shè)計(jì)師要把握“經(jīng)濟(jì)、合理、適用”的設(shè)計(jì)原則，采用先進(jìn)的科技方法，科學(xué)地選擇結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，綜合思考，用心設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)建設(shè)成本較低、經(jīng)濟(jì)效益最大的目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)：

[1]王光遠(yuǎn).工程結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)抗震優(yōu)化設(shè)計(jì)的實(shí)用方法[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2012，35-37.

[2]蔣啟平.工程結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的新方法[J].工業(yè)建筑，2001，03.

[3]李鋒.淺談現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].科技資訊，2010，26.