劉劍鋒

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們的生活水平逐漸提高，對(duì)住房的要求不僅注重實(shí)用性，還注重住房的功能性和安全性以及它的欣賞性。這就對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員提出了更高的要求，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，要綜合考慮到結(jié)構(gòu)高度、結(jié)構(gòu)材料、結(jié)構(gòu)質(zhì)量和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等方面[1]，從而優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。

1 優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的概念及意義

1.1 優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的概念

所謂建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化就是設(shè)計(jì)者在運(yùn)用力學(xué)理論的時(shí)候，運(yùn)用結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，把包含其中的因素看作不定的變量，從而形成一個(gè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方案域，然后，設(shè)計(jì)者利用數(shù)學(xué)思想和方法對(duì)這個(gè)方案域綜合分析和論證，最終形成一個(gè)具有可行性的設(shè)計(jì)方案。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)概況見(jiàn)表1。

表1 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)概況

1.2 優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的意義

對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，對(duì)其在建筑結(jié)構(gòu)中的有效運(yùn)用意義重大。在提高建筑實(shí)用性、功能性和欣賞性的同時(shí)，還能對(duì)工程造價(jià)進(jìn)行有效的控制。在保證建筑結(jié)構(gòu)的科學(xué)性、安全性和可靠性的基礎(chǔ)上，用最低的成本和最少的投資即可獲得最大的利益，這對(duì)建筑商來(lái)說(shuō)，是最為有利的。與傳統(tǒng)房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相比，我們可以看出：對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，能夠使建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)部的每個(gè)部分得到協(xié)調(diào)，并能發(fā)揮利用材料的最大限度，從而減少建筑的工程造價(jià)?？傊茉诒ＷC建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全可靠的基礎(chǔ)上，保證建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性。

2 優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則

2.1 體現(xiàn)綠色環(huán)保理念

隨著社會(huì)的進(jìn)步，我國(guó)提倡環(huán)境友好型社會(huì)這一理念，人們對(duì)環(huán)保的意識(shí)逐漸提高，建筑行業(yè)在這方面也相應(yīng)的出臺(tái)多種節(jié)能環(huán)保的規(guī)章制度。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化環(huán)節(jié)，可以采用綠色環(huán)保的原材料，一方面保障人們居住的安全性，另一方面也減少環(huán)境污染；同時(shí)，也可以對(duì)材料二次利用，“變廢為寶”，減少工業(yè)垃圾的產(chǎn)生。

2.2 保證結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的安全性

在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化環(huán)節(jié)中，最為重要的就是安全保障。選擇具有可行性的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和有質(zhì)量保障的建筑材料，是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化環(huán)節(jié)中要考慮的最為基本也是最為重要的因素。

2.3 注重優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的經(jīng)濟(jì)性

在保證建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全性的基礎(chǔ)上，注重結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的經(jīng)濟(jì)性。當(dāng)前我國(guó)倡導(dǎo)建設(shè)資源節(jié)約型的社會(huì)，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中，需要考慮如何降低成本，減少資金投入，同時(shí)保證建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的安全性。

2.4 注重優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的功能性

隨著人們生活水平的提高，相應(yīng)的，人們對(duì)住房提出了更高的要求。建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)就是為了滿(mǎn)足住戶(hù)的需求，為住戶(hù)提供優(yōu)質(zhì)舒心、集實(shí)用價(jià)值和審美價(jià)值于一體的建筑。

3 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化策略

3.1 優(yōu)化設(shè)計(jì)中的材料

對(duì)材料的最大限度的利用就是對(duì)建筑結(jié)構(gòu)材料的優(yōu)化。在選擇材料時(shí)，要對(duì)材料的性能、質(zhì)量指標(biāo)等各方面都要有一定的了解，選購(gòu)時(shí)秉承物美價(jià)廉的理念，一方面能使材料發(fā)揮它的使用功能，提高房屋建筑質(zhì)量，另一方面還能減少資金投入，節(jié)約資源。當(dāng)然，材料的選擇也要考慮到它的可操作性，保證建筑工人在施工過(guò)程中能夠安全操作。

3.2 優(yōu)化設(shè)計(jì)方案

一個(gè)最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案和一般的設(shè)計(jì)方案在同樣完成房屋性能的情況下，成本能相差13～22%，可見(jiàn)不同建筑的設(shè)計(jì)方案對(duì)建筑成本的影響是很大的。建筑的戶(hù)型、樓層高度和樓層層數(shù)、房間大小等都是影響設(shè)計(jì)方案的關(guān)鍵因素，在多個(gè)設(shè)計(jì)方案中，要仔細(xì)論證分析，選出一個(gè)最優(yōu)的方案。在進(jìn)行方案設(shè)計(jì)時(shí)，不同項(xiàng)目所占的投資比例也不相同，所以在優(yōu)化環(huán)節(jié)中要有側(cè)重點(diǎn)，不能一概而論。

3.3 選擇最佳基礎(chǔ)形式

建筑工程的基礎(chǔ)形式是建筑施工順利進(jìn)行的前提，對(duì)建筑工期和建筑工序有著重要影響，所以選擇一個(gè)合理、優(yōu)質(zhì)的基礎(chǔ)形式很有必要。據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)，建筑基礎(chǔ)形式在房屋建筑的投資成本中占到28%，而且我國(guó)房屋建筑主要是指高層或者超高層的建筑，基礎(chǔ)機(jī)構(gòu)的造價(jià)與地質(zhì)條件也有一定聯(lián)系，進(jìn)一步說(shuō)明對(duì)于地基的選擇尤為重要。因此，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化環(huán)節(jié)中，要選擇最佳的基礎(chǔ)形式。

3.4 選擇最優(yōu)結(jié)構(gòu)形式

不同的戶(hù)型有不同的優(yōu)勢(shì)，應(yīng)該根據(jù)不同地區(qū)的實(shí)際情況，綜合考慮不同的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案以及樓宇的抗壓性、抗震性，還有建筑優(yōu)化的經(jīng)濟(jì)性等，才能建造出安全系數(shù)高、功能性強(qiáng)、成本低的建筑物。根據(jù)一般經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于7 層以下的建筑物，混凝土用量相對(duì)少；7～12 層的建筑物，最好采用框架結(jié)構(gòu)，設(shè)置抗震剪力墻，在節(jié)省材料的同時(shí)，也能保證建筑的安全系數(shù)；12～20 層及其以上的建筑物，也應(yīng)采用框架結(jié)構(gòu)，但需要在合適的位置設(shè)置剛性筒體，保證房屋的安全性，同時(shí)也能最優(yōu)化的使用材料[2]。

3.5 選擇合理的構(gòu)建截面

構(gòu)建截面對(duì)后續(xù)工作中建筑材料的投資成本有很大影響。比如：在建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，如果構(gòu)建截面的尺寸增大時(shí)，配筋率會(huì)相應(yīng)的減小，鋼筋的用量會(huì)減少，但混凝土的需求量就要增多；相對(duì)的，如果構(gòu)建截面的尺寸減少時(shí)，配筋率會(huì)相應(yīng)的增大，鋼筋的用量會(huì)增多，但同時(shí)，混凝土的需求量就會(huì)減少。所以在建筑設(shè)計(jì)的優(yōu)化過(guò)程中，要選擇一個(gè)最合理的構(gòu)建截面，從而降低投資成本。

3.6 有效控制配筋率

目前的建筑一般是高層或者超高層建筑，對(duì)鋼筋的需求量很大，同時(shí)鋼筋的價(jià)格也在不斷的上漲，這就說(shuō)明在建筑設(shè)計(jì)優(yōu)化過(guò)程中，需要考慮鋼筋材料的成本這一問(wèn)題。合理控制配筋率，在保證建筑結(jié)構(gòu)安全系數(shù)高、抗壓能力強(qiáng)的同時(shí)，也能控制鋼材的使用量，從而降低投資成本，優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

3.7 成本設(shè)計(jì)管理

過(guò)去，我國(guó)的建設(shè)資金以國(guó)家財(cái)政撥款為主，當(dāng)時(shí)物價(jià)比較穩(wěn)定，時(shí)間的變動(dòng)不影響資金的價(jià)值，建筑結(jié)構(gòu)的成本計(jì)算一般采用靜態(tài)的算法[3]。但隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，物價(jià)變動(dòng)幅度逐漸變大，建筑工程的成本每年都在發(fā)生變化，建筑企業(yè)需要有一套完整的動(dòng)態(tài)管理系統(tǒng)來(lái)完成對(duì)成本的控制，才能建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)達(dá)到最優(yōu)。

4 建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化策略在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的有效運(yùn)用

4.1 直覺(jué)建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

建筑設(shè)計(jì)形式多樣，建筑的布局及其戶(hù)型也千差萬(wàn)別。在實(shí)際操作過(guò)程中，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的參考數(shù)據(jù)和建筑結(jié)構(gòu)抗壓數(shù)據(jù)都是變動(dòng)的，就算已經(jīng)確定了戶(hù)型和具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的建筑物，人們也可以采用不同的分析方法對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的不同環(huán)節(jié)進(jìn)行分析。計(jì)算機(jī)雖然具有操作快捷、計(jì)算精確的優(yōu)勢(shì)，但卻并不能智能的應(yīng)對(duì)各種現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，必須依靠專(zhuān)業(yè)的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行研究和分析，結(jié)合工作經(jīng)驗(yàn)對(duì)設(shè)計(jì)中的每個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行評(píng)估，這樣的設(shè)計(jì)方案才有現(xiàn)實(shí)意義，有可行性和可操作性。

4.2 直覺(jué)優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程的問(wèn)題研究

在具體的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，要全面考慮各種可能出現(xiàn)的突發(fā)狀況，比如地震等自然災(zāi)害等，這些因素的出現(xiàn)可能會(huì)降低建筑物的安全性和可靠性，所以在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，要嚴(yán)格遵守設(shè)計(jì)優(yōu)化的相關(guān)原則，提高建筑物的安全系數(shù)和抗壓防震能力，從而減少災(zāi)害對(duì)建筑物的損傷。另外，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)程中也要跟隨科技的進(jìn)步，合理運(yùn)用先進(jìn)前沿的相關(guān)技術(shù)，進(jìn)一步提高建筑物的穩(wěn)定性。

5 結(jié)束語(yǔ)

優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，對(duì)住戶(hù)來(lái)說(shuō)，滿(mǎn)足了他們對(duì)建筑實(shí)用性、功能性、欣賞性等方面的要求；對(duì)建筑商來(lái)說(shuō)，可以減少工程造價(jià)，降低投入資金，從而獲得最大收益。在實(shí)際過(guò)程中，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員要嚴(yán)格遵循優(yōu)化原則，在保證建筑物安全可靠的情況下進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化。

[1]胡卓文.建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化策略的實(shí)際應(yīng)用[J].建材發(fā)展導(dǎo)向（上），2014，8（6）：200～201.

[2]李增林，張傳花.探析復(fù)雜建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的預(yù)應(yīng)力優(yōu)化策略[J].新材料新裝飾，2014，6（8）：535.

[3]郝永超，胡繼友.建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的優(yōu)化策略分析[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì)，2014，3（18）：207.