唐洪良 曹夢婷
摘要:房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計的好壞與房屋整體功能是否能發(fā)揮密切相關(guān),對房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化亦是為最大程度完成居民對房屋功能和審美兩方面的需要。此外,房屋設(shè)計者通過結(jié)構(gòu)的優(yōu)化使給定的空間資源獲得最佳利用,同時又不會因為對空間的注重而失去美觀以及對居民隱私的保護,還能節(jié)約建筑成本,給施工方帶來更多利益的同時也減少了購房者的負擔(dān)。
關(guān)鍵詞:房屋建筑;結(jié)構(gòu)設(shè)計;優(yōu)化
引言:房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化就是利用最少的造價和有限的資源、空間,實現(xiàn)房屋安全、適用、經(jīng)濟、美觀的綜合最優(yōu)化。在房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中,對建筑結(jié)構(gòu)進行設(shè)計優(yōu)化的主要目的就在于在保證房屋內(nèi)部基本結(jié)構(gòu)優(yōu)化協(xié)調(diào)的同時,還能夠保證房屋工程結(jié)構(gòu)的“安全性、經(jīng)濟性、適用性和美觀性”,能夠在一定程度上降低工程造價。房屋工程的施工質(zhì)量直接關(guān)系到了我國人民的生命財產(chǎn)安全,因此,對房屋結(jié)構(gòu)要更加重視,并根據(jù)工程的實際情況進行優(yōu)化,而隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化技術(shù)也在不斷進步。
一、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的方法及意義
1.1建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的方法
建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的方法分為對房屋的分部結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化方法和對房屋總體結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化方法[2]。房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化一般包含以下幾個方面的內(nèi)容:對房屋基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的設(shè)計進行優(yōu)化;對房屋頂部結(jié)構(gòu)的設(shè)計進行優(yōu)化;對房屋的護圍支撐結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化以及對房屋總體設(shè)計結(jié)構(gòu)及細節(jié)部分進行優(yōu)化;最重要的是在房屋設(shè)計要求及設(shè)計規(guī)范內(nèi),在滿足房屋功能及技術(shù)要求的前提下,合理降低工程造價,即對房屋的造價進行最優(yōu)化設(shè)計。
1.2 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的意義
建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的意義在于可以最大程度地充分利用資源與空間,高效利用材料與設(shè)備,使房屋結(jié)構(gòu)功能合理、協(xié)調(diào),安全可靠。實現(xiàn)房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計的“安全性、適用性、經(jīng)濟性、美觀性”的最優(yōu)化設(shè)計。
二、房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化技術(shù)
2.1 房屋建筑整體結(jié)構(gòu)的選擇
房屋建筑的項目投入與其自身的結(jié)構(gòu)類型息息相關(guān),普通房屋建筑工程的結(jié)構(gòu)類型大致可以劃分為以下幾種:
(1)抗風(fēng)墻類型,該種建筑方式在高層建筑當(dāng)中被廣泛使用,以混凝土的使用為基礎(chǔ),這種優(yōu)化方式具有非常顯著的特點,自身抗震能力很強,而且鋼筋等材料使用數(shù)量明顯降低;
(2)框架類型,該種優(yōu)化方式在布局的靈活性以及造價的低廉性等方面具有很大優(yōu)勢,但是免不了存在一些缺陷,其柱結(jié)構(gòu)自身的截面大,在面對地震侵襲的時候抗震能力相對比較低;
(3)混合結(jié)構(gòu)類型,這種混合結(jié)構(gòu)類型可以視為上述兩種優(yōu)化方式的綜合體,充分吸收了兩者的優(yōu)勢,并且適當(dāng)?shù)囊?guī)避了不必要的缺陷,這種方式在日常的工程建設(shè)當(dāng)中被廣泛使用,自身的應(yīng)用性比較強,而且結(jié)構(gòu)布置等方面相對合理,更重要的是該種結(jié)構(gòu)所具備很強的抗震和抗側(cè)力的能力。
2.2節(jié)能結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化
節(jié)能結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化是需要以綠色建筑理念為基礎(chǔ),并積極應(yīng)用設(shè)計學(xué)中的方法。首先,優(yōu)化布局和表面形狀。布局就是指建筑的主要朝向,受到我國氣候條件的影響,為了保證房屋的陽光照射量的通風(fēng)良好,房屋的朝向盡量要朝南。表面形狀的優(yōu)化就是要保證所設(shè)計的房屋建筑外表面積不要接受冷風(fēng)的直接朝向,這樣就能夠減少熱能的消耗,起到節(jié)能效果。其次,維護結(jié)構(gòu)設(shè)計。維護結(jié)構(gòu)主要指的就是門窗和屋頂,對于門窗而言,在房屋朝南的方向所設(shè)置的門窗要盡量要大和多,這樣能夠最大限度吸收陽光輻射,朝向北的就要減少門窗,防止熱量的流失,材料也要選擇保溫效果好的。屋頂?shù)脑O(shè)計可以采用架空的方式或者是鋪設(shè)循環(huán)水管,夏天降溫冬天保暖。
2.3結(jié)構(gòu)設(shè)計信息優(yōu)化技術(shù)
由于房屋建筑結(jié)構(gòu)受到設(shè)計變量等條件的約束,很難用單一的結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法。因此應(yīng)開發(fā)一種更為實用方便的參數(shù)定義優(yōu)化軟件,減少設(shè)計者在結(jié)構(gòu)優(yōu)化方面的精力和時間。我較為推崇的是 TBCAD 系統(tǒng),這種系統(tǒng)是針對結(jié)構(gòu)方案設(shè)計、建模、分析、評估等為一體的成本控制軟件系統(tǒng),該可以進行結(jié)構(gòu)方案的指導(dǎo)設(shè)計,使得方案的人力、物力和財力資源等趨于最優(yōu)狀態(tài)。系統(tǒng)的信息分為兩個時間段進行優(yōu)化,第一個時間段是通過對材料的分配調(diào)整,使用最少的混凝土用量滿足側(cè)向剛度的要求,系統(tǒng)在這個時間段的目標(biāo)函數(shù)是混凝土的使用量,而結(jié)構(gòu)構(gòu)件的斷面大小則是設(shè)計的變量。第二個時間段是對構(gòu)件強度的優(yōu)化,通過對構(gòu)件結(jié)構(gòu)的斷面大小以及鋼用量的調(diào)整,使得構(gòu)件的強度要求實現(xiàn)只需較少的結(jié)構(gòu)造價。
2.4對建筑主體上部結(jié)構(gòu)進行的科學(xué)性優(yōu)化
房屋建筑的上部結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)當(dāng)建立相應(yīng)的模型并進行系統(tǒng)的優(yōu)化。整個過程最先一步就應(yīng)當(dāng)合理地設(shè)置剪力墻,保證剪力墻整體的質(zhì)量是均勻的,這樣能將樓層中平面剛度的中心點重合于樓層整體的結(jié)構(gòu)重心,從而減少地震或者風(fēng)力等對其的破壞性。在房屋建設(shè)時,如果條件允許,要盡可能地對剪力墻進行大開間的構(gòu)造,加長剪力墻的墻肢長度,這樣就能減少墻肢的數(shù)量,還能在符合標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上減少混凝土的使用。另外,剪力墻里的暗柱是拿一般性鋼材鑄造而成,如果采用較大的剪力墻就可以減少相對的鋼筋使用數(shù)量,減少相應(yīng)的成本。
三、結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的現(xiàn)實意義
進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計中,多層住宅和高層住宅相比較,層數(shù)越多,總建筑面積增大,單位建筑面積占用的土地面積就越小,節(jié)約了用地成本,但建筑層數(shù)的增多,建筑總高度也會加大,樓與樓之間的間距也要加大,這時占用的土地節(jié)約量就不與建筑層數(shù)增加比例相同了。另如屋蓋部分,一棟樓只有一個屋蓋,并不會因為層數(shù)的增加而有所改變,它的成本下降會比較明顯。對于基礎(chǔ)部分而言,雖然也是各層共用的,但是層數(shù)增加,傳給基礎(chǔ)的荷載將會增大,我們需要增大基礎(chǔ),這樣單位面積的造價有所降低,但是卻沒有屋蓋的效果那樣明顯。
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(dāng)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。
結(jié)語
隨著我國人口的不斷增長,一寸土地一寸金的情況在我國也一直持續(xù)著。土地價格的飛漲要求建設(shè)單位更加嚴格的控制建設(shè)成本,這也導(dǎo)致建筑行業(yè)的競爭越來越激烈,而優(yōu)化房屋的結(jié)構(gòu)設(shè)計是建設(shè)單位實現(xiàn)低投入高回報的有效途徑之一。 綜上所述,對于防護結(jié)構(gòu)設(shè)計的建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化并不是從單一方向即可完成的,需要從多個方面入手系統(tǒng)的完成,同時也會涉及到安全性、合理性和節(jié)能性等多方面問題。在條件允許的情況下,應(yīng)盡可能做到對信息化輔助設(shè)備的合理利用,降低房屋的施工成本,從而使優(yōu)化目標(biāo)能夠得到更好的實現(xiàn)。需要注意的一點是,在實際的施工過程當(dāng)中,設(shè)計人員的優(yōu)化方案應(yīng)針對不同建筑需求、地理地貌進行差異性選擇,切忌出現(xiàn)生搬硬套以往做法的行為,以保證優(yōu)化方案的科學(xué)性與可行性。
參考文獻:
[1] 王福全,楊永江,李忠偉.剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用[J].中國科技博覽,2013(38):162.
[2] 趙紅林,叢麗娟,李雁敏,等.外墻外保溫技術(shù)在建筑設(shè)計中的應(yīng)用[J].中國科技博覽,2013(38):481-482.