李向北

（中國(guó)瑞林工程技術(shù)有限公司，南昌330000）

淺析建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

李向北

（中國(guó)瑞林工程技術(shù)有限公司，南昌330000）

建筑不僅僅是行業(yè)的發(fā)展，也是一種藝術(shù)的發(fā)展，在設(shè)計(jì)時(shí)，將建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與美觀(guān)設(shè)計(jì)相結(jié)合，從不同的方面提高整個(gè)建筑的適用性和安全性，并且提高其美觀(guān)性。在追求建筑結(jié)構(gòu)最大化利用的程度上提高整個(gè)建筑工程的綜合效益。因此結(jié)合相關(guān)的案例，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化方法進(jìn)行詳細(xì)的分析，以促進(jìn)我國(guó)建筑行業(yè)朝著經(jīng)濟(jì)化、實(shí)用化的方向發(fā)展。

建筑結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)優(yōu)化；實(shí)際應(yīng)用

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.08.017

1 引言

目前人們對(duì)于建筑的水平要求不斷地增高，不僅僅要求建筑建設(shè)的安全實(shí)用，更要求經(jīng)濟(jì)美觀(guān)。并且在施工的時(shí)候，更要考慮施工過(guò)程中出現(xiàn)的一系列問(wèn)題，以求達(dá)到簡(jiǎn)單快捷、縮短建筑工期的目的。所以，根據(jù)目前我國(guó)的建筑設(shè)計(jì)現(xiàn)狀來(lái)看，對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)我們需要進(jìn)一步地優(yōu)化，從而使建筑可以獲得所有被期望的性能。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法的理論體現(xiàn)與實(shí)際案例

2.1 理論體現(xiàn)

在進(jìn)行工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)時(shí)，我們要保證整個(gè)工程項(xiàng)目的安全、實(shí)用性能和美觀(guān)性。這是建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中最常見(jiàn)的問(wèn)題，也是需要注意和不斷優(yōu)化的問(wèn)題。在進(jìn)行建筑工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，需要結(jié)合實(shí)際，對(duì)設(shè)計(jì)師提出的所有的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行對(duì)比分析，從其經(jīng)濟(jì)性、實(shí)用性、美觀(guān)性等方面進(jìn)行比較，找出最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案，以期達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)。而通過(guò)一系列的理論對(duì)比可以知道，房屋工程結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)是優(yōu)化設(shè)計(jì)方案在實(shí)際工程概況中的具體體現(xiàn)，其主要體現(xiàn)在對(duì)房屋的圍護(hù)結(jié)構(gòu)、屋蓋系統(tǒng)等方面的優(yōu)化。并且在進(jìn)行房屋設(shè)計(jì)的時(shí)候，需要仔細(xì)考慮房屋建造地的實(shí)際環(huán)境、房屋結(jié)構(gòu)的布置、房型以及整棟建筑的建造成本等，通過(guò)對(duì)這些方面仔細(xì)地對(duì)比分析，來(lái)不斷地對(duì)房屋結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。而如今我國(guó)很多建筑商為了不斷地適應(yīng)社會(huì)發(fā)展的要求以及購(gòu)買(mǎi)的需要，在建筑的結(jié)構(gòu)上有了一定程度的創(chuàng)新，但是建筑創(chuàng)新的根本是安全，這是整個(gè)建筑在建造時(shí)的底線(xiàn)。

從實(shí)際操作來(lái)看，建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，需要盡量縮小質(zhì)量中心以及剛度中心的差異，并且保證建筑平面結(jié)構(gòu)的對(duì)稱(chēng)和規(guī)則，并且需要注意，建筑在水平荷載作用之下不能夠產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。在相應(yīng)的功能條件之下，要求建筑的豎直方向布置與豎直方向上的承重構(gòu)件上下融通，這樣就可以降低其他構(gòu)件的承載壓力。同時(shí)，設(shè)計(jì)時(shí)為了更好地降低結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和分析的難度，加之經(jīng)濟(jì)因素的影響，都會(huì)盡量地避免使用轉(zhuǎn)換層。而對(duì)于建筑的剛度來(lái)說(shuō)，也有實(shí)際的要求，剛度變化最基本的要求是漸變而不是突然性的變化。[1]這樣就會(huì)使其承載力分散，可以抵抗建筑結(jié)構(gòu)水平方向的動(dòng)力荷載。

2.2 實(shí)際案例

論文所選擇的工程案例是某市的一家寫(xiě)字樓，這個(gè)寫(xiě)字樓采用的結(jié)構(gòu)是7層的鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)體系，整個(gè)建筑的面積為6408m2。由于建設(shè)施工的場(chǎng)地有限，所以在設(shè)計(jì)的時(shí)候，寬度設(shè)計(jì)為15.6m，長(zhǎng)度設(shè)計(jì)為58.1m。設(shè)計(jì)房間的時(shí)候，開(kāi)間為4.8m，進(jìn)深為6.6m，走廊寬度為2.4m，高度為3.6m，具體的平面圖如圖1所示。

建筑框架建設(shè)所使用的柱和板都是用現(xiàn)澆形式形成的。由于建筑建造所選擇的地區(qū)地勢(shì)比較平坦，并且底層的土壤和水分等分布得比較均勻。所以在選擇地基承載力的時(shí)候，選擇120～140kN/m2為該棟建筑的地基承載力。根據(jù)相關(guān)的測(cè)量我們得知，該棟建筑所在的地區(qū)冬季的最低氣溫為-10℃，凍土的深度為103cm，年降水量為700mm，地下水位深7m。但是由于這個(gè)地區(qū)的水質(zhì)對(duì)于混凝土的侵蝕作用不是非常明顯，所以在進(jìn)行強(qiáng)度和烈度設(shè)計(jì)的時(shí)候，定為Ⅶ度。

圖1 建筑平面設(shè)計(jì)圖

3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)的實(shí)踐應(yīng)用

在實(shí)際的建筑設(shè)計(jì)中，存在很多的問(wèn)題。比如項(xiàng)目的前期設(shè)計(jì)、整體設(shè)計(jì)以及抗震設(shè)計(jì)都有很多的問(wèn)題需要解決。這個(gè)時(shí)候就需要采取結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的方法，來(lái)達(dá)到建筑設(shè)計(jì)的最好狀態(tài)。具體體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

3.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化應(yīng)注意前期參與

建筑的前期設(shè)計(jì)是非常重要的一個(gè)時(shí)期，所設(shè)計(jì)的圖紙和討論出來(lái)的方案會(huì)直接影響整個(gè)工程建造結(jié)構(gòu)、建筑成本、建筑形狀等問(wèn)題。但是目前在我國(guó)的建筑修建過(guò)程中，很少有設(shè)計(jì)師會(huì)注意到這一點(diǎn)。所以我們應(yīng)該對(duì)此提起注意。在進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的時(shí)候不能夠只在建筑后期參與，我們需要在前期就將結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)考慮進(jìn)去，這樣才能夠幫助設(shè)計(jì)師更好地進(jìn)行結(jié)構(gòu)的選擇和設(shè)計(jì)，并且在進(jìn)行選擇和設(shè)計(jì)時(shí)可以更好地考慮到建筑的最基本的要求。

3.2 概念設(shè)計(jì)結(jié)合細(xì)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化

很多建筑在設(shè)計(jì)之初都是設(shè)計(jì)師大致的想象，并沒(méi)有一個(gè)實(shí)際的而又具體的數(shù)值對(duì)其想法進(jìn)行量化，因此在設(shè)計(jì)的時(shí)候，我們可以采用概念設(shè)計(jì)的方法進(jìn)行。例如，在對(duì)建筑的防震問(wèn)題進(jìn)行考慮時(shí)就需要采取這樣一個(gè)辦法。因?yàn)榈卣鹗遣豢梢灶A(yù)知的事件，它的不確定因素導(dǎo)致我們?cè)谶M(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候無(wú)法找到一個(gè)完全與實(shí)際情況相符合的公式對(duì)其進(jìn)行準(zhǔn)確地計(jì)算。[2]因此在對(duì)這方面進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化的時(shí)候，我們可以采取概念設(shè)計(jì)的方法，將相應(yīng)的數(shù)值作為參考依據(jù)，對(duì)其進(jìn)行最為保守的估計(jì)性設(shè)計(jì)。并且在設(shè)計(jì)的時(shí)候，要求設(shè)計(jì)人員合理地使用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法，以求整個(gè)設(shè)計(jì)可以達(dá)到最佳的效果。通過(guò)這個(gè)小例子我們可以看到，在進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，必須要對(duì)建筑的細(xì)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。比如說(shuō)在進(jìn)行混凝土異形板料的現(xiàn)澆過(guò)程中，由于拐彎處可以開(kāi)裂，我們可以將其優(yōu)化成為矩形板，然后再選擇相配的鋼筋，這樣就可以在滿(mǎn)足結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)之上達(dá)到安全經(jīng)濟(jì)的目的。

3.3 下部地基基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)優(yōu)化

在進(jìn)行地基基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的時(shí)候，要選取最合適的方案。因?yàn)榈鼗钦麠澖ㄖ母舅?，所以不可以大意。例如，在進(jìn)行樁基的選擇的時(shí)候，我們可以根據(jù)實(shí)際施工場(chǎng)所的地質(zhì)情況對(duì)其進(jìn)行選擇，并且以降低工程造價(jià)為基礎(chǔ)。在確定樁基長(zhǎng)度的時(shí)候，可以根據(jù)樁端持力層的厚度進(jìn)行合理地選擇。在選擇時(shí)，要將多種方案進(jìn)行對(duì)比分析，在其中找到較優(yōu)的方案作為設(shè)計(jì)方案進(jìn)行實(shí)施。

3.4 上部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)優(yōu)化

上部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)優(yōu)化主要指的是對(duì)剪力墻的合理設(shè)計(jì)。最基礎(chǔ)的是需要保證剪力墻的質(zhì)量均勻，這樣樓層的平面剛度中心點(diǎn)與其結(jié)構(gòu)重心就可以重合，這樣對(duì)于抵抗地震和風(fēng)力作用等問(wèn)題都是有非常大的好處的。并且在進(jìn)行上部結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)中，需要注意的是盡最大的可能性來(lái)應(yīng)用大開(kāi)間的剪力墻的構(gòu)造，并且盡可能地增加剪力墻的墻肢長(zhǎng)，這樣就可以縮減墻肢的數(shù)量以及混凝土的使用數(shù)量。鋼筋建材的使用數(shù)量也會(huì)隨著大開(kāi)間的剪力墻構(gòu)造而減少。不過(guò)這里需要注意的問(wèn)題在于，如果建筑的施工地區(qū)地質(zhì)比較差的話(huà)，就不應(yīng)該采用大開(kāi)間的剪力墻構(gòu)造，因此這個(gè)結(jié)構(gòu)需要根據(jù)實(shí)際情況來(lái)確定使用。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)論述得知，我們從結(jié)構(gòu)優(yōu)化的設(shè)計(jì)理論談起，結(jié)合某寫(xiě)字樓為工程案例進(jìn)行分析，并基于此羅列出結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)在實(shí)踐過(guò)程中的應(yīng)用方法。通過(guò)這些內(nèi)容，我們可以發(fā)現(xiàn)，結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)可以很好地將建筑設(shè)計(jì)不斷地優(yōu)化，但是仍然需要注意在實(shí)際情況中的具體應(yīng)用。希望論文對(duì)此所做出的相應(yīng)研究可以為我國(guó)建筑行業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)提供一份借鑒。

【1】佟月強(qiáng)，郝明.試論結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)及在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].科技與企業(yè)，2012(8)：252.

【2】孫有果.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的具體應(yīng)用探討[J].科技致富向?qū)В?011(26)：175.

Analysis on the Application of Architectural Structure Design Optim ization in Building Structure Design

LI Xiang-bei
(China NERIN Engineering Co.Ltd.,Nanchang330000,China)

Construction is not only about the development of an industry,but also the art.When designing a building,we should combine the design of both the building structure and the appearance,to improve the serviceability and safety of the whole building from different aspects.The appearance should also be considered.The overall efficiency of the construction project is improved while pursuing maximum utilization of the architectural structure.So this paper analyses the optimization method of building structure design in detail,based on the relevant cases,in order to promote the development of China's construction industry towards the direction of economization and practicability.

building structure;design optim ization;practical application

TU318

A

1007-9467（2016）08-0032-02

2016-08-01

李向北（1985～），男，湖南婁底人，從事建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究。