王志峰

摘要：建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計是節(jié)約工程造價的一個重要手段，同時也關(guān)系著建筑物的安全性以及投資效益最大化的實現(xiàn)。本文通過對結(jié)構(gòu)方案、結(jié)構(gòu)材料、結(jié)構(gòu)計算以及與其他專業(yè)的協(xié)調(diào)等四個方面，簡要對建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計進行探討。

關(guān)鍵詞：優(yōu)化設(shè)計；建筑結(jié)構(gòu)；材料方案

目前在我國的建筑設(shè)計中，對建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計具有重要的意義。建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的突出表現(xiàn)和最終目的，是為了降低工程的造價，這是比較狹義上的說法，但是在現(xiàn)實中對建設(shè)結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化，主要指的是廣義的說法，在降低工程造價的同時，保證其建筑五的安全性，在利益最大化和質(zhì)量保證中找到一個最優(yōu)的平衡點，這就是目前建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的意義所在。

一、結(jié)構(gòu)方案上的優(yōu)化

在建筑機構(gòu)優(yōu)化設(shè)計中，結(jié)構(gòu)方案的優(yōu)化是設(shè)計優(yōu)化的基礎(chǔ)和保證。對建筑設(shè)計者而言，所能采用的建筑結(jié)構(gòu)方案往往不是唯一的，但是不同的結(jié)構(gòu)方案的選擇，其所耗費的過程造價和實際的過程質(zhì)量也是不同的，為了實現(xiàn)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的最終目的，就必須要選擇一個最優(yōu)的結(jié)構(gòu)方案，實現(xiàn)架構(gòu)方案的優(yōu)化。

（一）從整體上處理好各要素之間的關(guān)系

這里所說的整體，就是將結(jié)構(gòu)的總體方案放置于特定的建筑空間中，同時要處理好每個要素之間的關(guān)系，包括結(jié)構(gòu)與構(gòu)件之間的關(guān)系，充分考慮結(jié)構(gòu)和構(gòu)件在整體上的最佳受理狀態(tài)，從而使結(jié)構(gòu)具備更高的承載力以及良好的剛度和延展性。

優(yōu)化結(jié)構(gòu)的受力與傳力途徑

結(jié)構(gòu)受力的優(yōu)化主要是要考慮簡單的傳力途徑，傳力途徑過于復(fù)雜，就會使結(jié)構(gòu)構(gòu)件出現(xiàn)多次轉(zhuǎn)換，而這種轉(zhuǎn)換過程必然會增加工程的造價，同時也有可能出現(xiàn)計算上的錯誤從而出現(xiàn)相應(yīng)的安全問題。因此采用簡單的傳力途徑，不僅可以減少結(jié)構(gòu)構(gòu)件的轉(zhuǎn)換次數(shù)，降低計算錯誤的安全風險，同時也可以提高工程造價的積極性。

（三）保證整個結(jié)構(gòu)的協(xié)調(diào)一致性

在結(jié)構(gòu)方案的設(shè)計上一定要充分考慮整體結(jié)構(gòu)中的每一個構(gòu)件，使其結(jié)構(gòu)構(gòu)件可以在整體上實現(xiàn)協(xié)調(diào)一致性，發(fā)揮出整體上的最大效應(yīng)，以確保實現(xiàn)建筑規(guī)范所規(guī)定的設(shè)計目標要求，從而實現(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計上的優(yōu)化。

（四）避免結(jié)構(gòu)上的扭轉(zhuǎn)

結(jié)構(gòu)上出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)的原因一般都是由于結(jié)構(gòu)平面布置中抗側(cè)力的剛度中心跟建筑物的質(zhì)量重心或者是外力作用重心相偏離而導(dǎo)致的，這種扭轉(zhuǎn)所消耗的材料量是很大的，同時也會出現(xiàn)相應(yīng)的不安全因素，因此在結(jié)構(gòu)方案中主要加以重視和避免。

二、建筑結(jié)構(gòu)材料上的優(yōu)化

處于對建筑結(jié)構(gòu)中的經(jīng)濟性和安全性的雙重考慮，對結(jié)構(gòu)材料的要求也就比較高，在材料的選擇上需要質(zhì)量好同時經(jīng)濟合理的材料，同時在材料的使用上充分考慮材料的受力特點和力學性能，應(yīng)盡量做到物盡其用，優(yōu)化合理。例如在鋼筋混凝土的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，出于對鋼筋混凝土材料中的高抗壓性考慮，應(yīng)該采用高標號的混凝土用于以受壓為主的柱子，這樣不但可以增加建筑使用的空間，減少構(gòu)件的截面，同時也能減輕結(jié)構(gòu)自身的重量。對于梁板而言，應(yīng)該采用高強度的鋼筋，因為鋼筋的韌性較好，比較受彎，同時使用高強度的鋼筋也為了減少鋼筋的用量。此外，在鋼筋混凝土材料的使用上要注意鋼筋與混凝土之間的強度匹配，在實現(xiàn)材料最大性能發(fā)揮的同時，實現(xiàn)對材料的合理利用與節(jié)省，從而實現(xiàn)結(jié)構(gòu)上的優(yōu)化設(shè)計。在實際的建筑施工建設(shè)中，因為建筑材料的選擇和使用上出現(xiàn)問題而造成資金和材料上的浪費情況的很多。例如在混凝土的現(xiàn)澆板中，經(jīng)常出現(xiàn)混凝土的標號過高的情況，高標號的混凝土在其并不能很好的發(fā)揮其高強度的特性，而且為了配合混凝土的高標準，對于板中的鋼筋量也隨之增加，因此不但造成了鋼筋使用的浪費，也在增加了工程的造價。

三、結(jié)構(gòu)計算上的優(yōu)化

結(jié)構(gòu)計算的優(yōu)化同樣也是建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計中的重要組成部分，針對結(jié)構(gòu)計算的優(yōu)化方面，要充分考慮下面幾個方面的問題：

（一）不能盲目的依賴計算機

目前在建設(shè)結(jié)構(gòu)的計算一般利用的都是計算機，但是計算機的使用并不是很萬無一失的，由于計算軟件上存在的缺陷而出現(xiàn)的計算錯誤時有發(fā)生，因此設(shè)計計算人員不能盲目的依賴計算機的計算，在使用計算機的同時，要對機構(gòu)設(shè)計計算程度的基本理論研究清楚，同時要明確計算程序的限制條件和應(yīng)用范圍，從而得到正確的計算結(jié)果。

（二）對數(shù)據(jù)的認真核對

在對數(shù)據(jù)認真計算的同時，也要對輸入后的構(gòu)建尺寸、幾何圖形以及相關(guān)數(shù)據(jù)進行認真的核對，達到準確無誤，盡可能的避免輸入錯誤、計算錯誤或者是計算分析結(jié)果上的錯誤而出現(xiàn)的誤差。有些誤差看上去很小，但是在建筑施工后體現(xiàn)出現(xiàn)的實際影響是巨大的，同時也會影響設(shè)計結(jié)果的經(jīng)濟性和安全性。

（三）注意實際結(jié)構(gòu)與計算模型的差異

通過計算機的模擬計算所得出的計算模型是建立在計算理論和設(shè)計程序之上的，而實際中的建筑結(jié)構(gòu)所受到的影響因素是比較多同時難以計算的，這就意味計算模式和實際機構(gòu)之間必然會存在一定程度上的差異，這種差異在結(jié)構(gòu)計算中是必須要考慮在內(nèi)的，否則就會影響計算結(jié)果以及結(jié)構(gòu)設(shè)計的正確性。

四、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計與其他專業(yè)的協(xié)調(diào)

在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，要實現(xiàn)設(shè)計的優(yōu)化，有時還要注重跟其他專業(yè)之間的協(xié)調(diào)，筆者在下文中以排水專業(yè)和電氣專業(yè)為例，簡要的談?wù)摻ㄖY(jié)構(gòu)設(shè)計與其他專業(yè)之間的協(xié)調(diào)。

（一）結(jié)構(gòu)與給排水專業(yè)的協(xié)調(diào)

首先水泵間應(yīng)盡可能的設(shè)置在建筑的地下室，這是由于給排水專用建筑中的設(shè)備較重，必須要選擇承載量較大的房間；在給排水房間中的預(yù)留孔和預(yù)埋見的尺寸和位置都必須要準確，同時要注重要樓板孔的加強，并且要避免水平的管道管過建筑梁柱；當管道穿過承重墻上必須要做好相應(yīng)的加固措施；同時在建筑設(shè)計中要充分考慮建筑的樓面負荷，避免將過多的管道出現(xiàn)在同一類的房間，從而出現(xiàn)承重超載。

（二）結(jié)構(gòu)與電氣專業(yè)協(xié)調(diào)

在電氣管線的設(shè)置上，如果實現(xiàn)對管線在樓板內(nèi)的暗裝比較困難的，可以采取將垂直管線在預(yù)制時將建筑房梁孔洞預(yù)留，并且要保證房梁的寬度和墻體的厚度盡可能的一致，從而確保穿梁的帶暖氣管線不會外露；在對電梯機房的設(shè)置上，由于該建筑中的預(yù)埋見和空洞較多，從而增大了所需的荷載量，需要對該房間強度進行單獨計算。

綜上所述，建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計是一個比較科學系統(tǒng)的設(shè)計過程，因為影響工程造價和建筑質(zhì)量的因素有很多，所以在實際的建筑機構(gòu)設(shè)計中，一定要充分的考慮各方面的因素，在每個細節(jié)上都力求優(yōu)化，才能實現(xiàn)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的最終目的。

參考文獻

[1]史曼柏.住宅建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的探討[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2009（21）.

[2]徐培福主編.復(fù)雜高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2005.

[3]高立人，方鄂華，錢稼茹.高層建筑結(jié)構(gòu)概念設(shè)計[M].北京：中國計劃出版社，2005.