李運(yùn)河 王勇

摘要：對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)進(jìn)行必要的優(yōu)化，在對(duì)于房屋結(jié)構(gòu)相關(guān)的設(shè)計(jì)中的應(yīng)用意義重大，不僅能夠滿足了建筑的實(shí)用與美觀，而且還可以有效地對(duì)工程造價(jià)進(jìn)行控制。對(duì)于建筑商來說，其當(dāng)然希望用最少的投資，而獲得最大的收益，然而又必須對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的科學(xué)性、可靠性以及安全性做出保證，這必然要求對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化。

關(guān)鍵詞：房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；設(shè)計(jì)優(yōu)化；應(yīng)用

1 房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化要點(diǎn)

1.1統(tǒng)計(jì)結(jié)論的分析

設(shè)計(jì)者對(duì)所需要的數(shù)據(jù)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析，可以找到不同設(shè)計(jì)方案之間存在著相同之處和不同之處，進(jìn)而選擇出最佳的方案。對(duì)這些結(jié)果進(jìn)行分析，需要設(shè)計(jì)者站在多個(gè)角度對(duì)其進(jìn)行思考，從而得到最佳方案。站在客觀的角度進(jìn)行分析，房屋建筑的成本較高，所涉及的利益方也是多方面的。因此，設(shè)計(jì)者在對(duì)房屋結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，還需要對(duì)經(jīng)濟(jì)性以及經(jīng)濟(jì)含量等多加考慮，對(duì)這些內(nèi)容進(jìn)行妥善處理，盡可能的實(shí)現(xiàn)多方利益達(dá)道一個(gè)平衡狀態(tài)。

1.2結(jié)構(gòu)模型的設(shè)計(jì)

房屋機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)當(dāng)中的建筑模型設(shè)計(jì)，通常被分為三個(gè)階段，分別為選擇變量――確定函數(shù)――衡量條件。首先，是對(duì)變量進(jìn)行選擇，和工程目標(biāo)相類似的參數(shù)包括房屋的價(jià)格參數(shù)、預(yù)期生產(chǎn)損失參數(shù)等。一般情況下，一個(gè)工程的實(shí)施和多個(gè)數(shù)值有聯(lián)系，設(shè)計(jì)人員往往將這些數(shù)值作為依據(jù)。因此，一個(gè)變化幅度比較小的參數(shù)對(duì)設(shè)計(jì)人員具有重要意義，這些數(shù)值會(huì)導(dǎo)致建筑設(shè)計(jì)等和計(jì)算相關(guān)的而工作難度被有效降低，能夠幫助設(shè)計(jì)者很快找到和這次設(shè)計(jì)目標(biāo)相符合的數(shù)據(jù)組。當(dāng)這一數(shù)據(jù)找到之后，從而對(duì)最佳方案進(jìn)行選擇，進(jìn)而使我們的房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)得到優(yōu)化。其次，確定相應(yīng)函數(shù)，在進(jìn)行工程設(shè)計(jì)過程中，需要對(duì)房屋的橫截尺寸以及鋼筋的尺寸進(jìn)行預(yù)先確定，相關(guān)設(shè)計(jì)人員需要在眾多函數(shù)中找到和這些尺寸相符合的函數(shù)組，并進(jìn)行不同性質(zhì)的分析，從而能夠在最大限度上降低房建費(fèi)用。最后，是衡量條件階段，這一階段的條件主要指的是在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)者借助工程目的，并結(jié)合實(shí)際施工情況對(duì)其進(jìn)行分析，從而得出多種束縛條件，進(jìn)而保障工程和相關(guān)規(guī)定相符合。通常情況下，這些條件中有房屋尺寸、構(gòu)架的穩(wěn)定性、墻體裂縫限度以及結(jié)構(gòu)剛性等。

1.3計(jì)算方法和最優(yōu)程序的選擇確定

對(duì)房屋建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)和優(yōu)化的過程中，所涉及到的內(nèi)容有相對(duì)復(fù)雜的變量和對(duì)各種設(shè)計(jì)條件的計(jì)算。針對(duì)這一內(nèi)容，當(dāng)設(shè)計(jì)者進(jìn)行演算的過程中，需要選擇相對(duì)合理的計(jì)算方式，盡可能的使運(yùn)算更加簡(jiǎn)便。針對(duì)一些附加條件的問題進(jìn)行演算的過程中，將附加條件進(jìn)行忽略，可以更加容易得到計(jì)算結(jié)果，從而幫助設(shè)計(jì)者節(jié)約更加的時(shí)間和精力。

2 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)用實(shí)踐

2.1建筑主體優(yōu)化

對(duì)于房屋建筑的上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，相關(guān)建設(shè)人員應(yīng)通過建立相關(guān)的模型來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)優(yōu)化。首先，應(yīng)通過合理設(shè)置剪力墻來保證剪力墻結(jié)構(gòu)整體質(zhì)量的均勻性。即將房屋建筑樓層中平面剛度的中心點(diǎn)與樓層整體結(jié)構(gòu)的重心相重合，這就降低了地震、風(fēng)力等不可控的自然因素給剪力墻造成的影響。其次，在進(jìn)行房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，要盡可能的采用大開間的剪力墻構(gòu)造，這就可以加長(zhǎng)剪力墻的墻肢長(zhǎng)度，從而減少墻肢的數(shù)量。在此情況下，工程建設(shè)就能減少混凝土材料的用量。再次，由于剪力墻內(nèi)部的暗柱是由普通的鋼材鑄造而成的，采用大開間剪力墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，還能有效減少鋼筋材料的使用量。最后，如果房屋建筑工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)條件不足以提供大開間的剪力墻設(shè)計(jì)，而且設(shè)計(jì)的抗震抗壓等級(jí)較高，那么則不能采用大開間的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

2.2局部與整體優(yōu)化

房屋建筑工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有層次性和復(fù)雜性的特點(diǎn)。因而，在層次性設(shè)計(jì)方面，相關(guān)建設(shè)人員要根據(jù)工程項(xiàng)目的結(jié)構(gòu)體系、設(shè)計(jì)體系以及安裝建設(shè)體系等，來實(shí)現(xiàn)局部與整體的設(shè)計(jì)優(yōu)化。此過程，由于各個(gè)體系內(nèi)部存在許多下屬體系，這就要求設(shè)計(jì)人員要逐一沖破布局間的橫向關(guān)聯(lián)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)疊加。而從復(fù)雜性的設(shè)計(jì)方面來看，設(shè)計(jì)人員的要從零部件的選取、建筑材料的選擇以及結(jié)構(gòu)類型的對(duì)比等來進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化。

2.3樁基礎(chǔ)優(yōu)化

房屋建筑的樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，要根據(jù)業(yè)主提供的相關(guān)地質(zhì)勘察報(bào)告。這樣一來，就能結(jié)合工程項(xiàng)目的實(shí)際情況來進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法的實(shí)踐。以某房屋樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)建設(shè)為例，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員依據(jù)業(yè)主提供的地質(zhì)勘察結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)采用鉆孔灌注的施工方式，并將樁徑設(shè)計(jì)為700mm。為節(jié)約樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)應(yīng)用成本，在建筑方案的成形階段，設(shè)計(jì)人員應(yīng)通過樁基靜荷載試驗(yàn)來預(yù)估柱下荷載，這是確定最終抗拔樁、承壓樁承載力特征值的有效方法。對(duì)于該工程的地下結(jié)構(gòu)，由于地下室的埋深較大，且具有地下水豐富的設(shè)計(jì)特點(diǎn)。相關(guān)建設(shè)人員采用了抗拔樁設(shè)置，來降低地質(zhì)條件對(duì)樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)踐的影響。

2.4結(jié)構(gòu)與電氣專業(yè)優(yōu)化

當(dāng)房屋建筑結(jié)構(gòu)的電氣管線是以導(dǎo)線的形式設(shè)置在金屬管或是樓板暗裝內(nèi)，這就會(huì)給預(yù)制結(jié)構(gòu)的作用發(fā)揮帶來一定影響。因此，設(shè)計(jì)人員在設(shè)置穿過梁管線的過程中，應(yīng)預(yù)留出相應(yīng)的孔洞。此過程，不僅要保證梁寬與墻厚的一致性，還要孔洞預(yù)留的合理性。對(duì)于條件限制的不一致問題，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員可通過墻側(cè)面與梁側(cè)面保持平齊的方法，來確保穿梁管線不會(huì)露出墻外。

2.5與排水系統(tǒng)的協(xié)調(diào)優(yōu)化

目前，房屋建筑排水系統(tǒng)房間存在許多機(jī)械設(shè)備，由于其荷載強(qiáng)度與荷載能力較大，這就會(huì)給系統(tǒng)與結(jié)構(gòu)的運(yùn)行帶來安全隱患。針對(duì)這一問題，設(shè)計(jì)人員可通過確保管道的預(yù)留深度和預(yù)留尺寸，來優(yōu)化結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)應(yīng)用效果。具體來說，可通過加固樓板的鉆孔位置，來提高排水系統(tǒng)的運(yùn)行效果。此外，還要注重水平方向系統(tǒng)管道的設(shè)置，即水平管線是否貫穿梁柱。

3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的作用

3.1降低建筑總造價(jià)

在結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中，建筑層數(shù)越多，總建筑面積增大，單位建筑面積占用土地面積將越小，這樣節(jié)約了土地占用面積，但隨著建筑層數(shù)的提高，總建筑高端提升，樓與樓之間間距也在提升，傳給基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的荷載也會(huì)增加，我們則要增大基礎(chǔ)，又會(huì)擴(kuò)大土地占用面積。雖然這樣單位面積會(huì)有所降低，但是還是沒有屋蓋效果那么明顯。

3.2提高建筑結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)性

隨著建筑層數(shù)提高，墻體面積和柱體積也會(huì)增加，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)自重增加，基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的承載力相應(yīng)增加，水、電氣管線相應(yīng)加長(zhǎng)，如果層數(shù)降低，可節(jié)約材料、利于抗震等，當(dāng)建筑高度減少，兩建筑間的日照距離也相應(yīng)減少，間接節(jié)約了用地。如果建筑面積相同，選擇的不同的平面形狀，建筑外側(cè)外墻的周長(zhǎng)也會(huì)不同，合理的平面模型使外墻周長(zhǎng)減少，外墻砌體、基礎(chǔ)設(shè)施。內(nèi)外表面裝修都會(huì)減少，與此同時(shí)還提高了受力性能，增強(qiáng)建筑經(jīng)濟(jì)性。優(yōu)化方法的運(yùn)用，協(xié)調(diào)了建筑各部分單元，使建筑在更加美觀的同時(shí)增強(qiáng)了建筑的可實(shí)用性，還減少了總體建筑的工程造價(jià)，這符合了現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)的效益需求。

房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)在現(xiàn)實(shí)的運(yùn)用中，可以達(dá)到物美價(jià)廉的效果，不僅實(shí)現(xiàn)了房屋的美觀和實(shí)用性，而且突出的節(jié)約了工程造價(jià)。在每個(gè)投資者眼中，在保證建筑結(jié)構(gòu)可靠性和科學(xué)性的前提下，同時(shí)在建筑長(zhǎng)遠(yuǎn)效益下，最大程度的節(jié)約工程成本，是首先考慮的因素，這樣才能實(shí)現(xiàn)可持續(xù)性發(fā)展，用最低的投資成本獲取最大的經(jīng)濟(jì)效益。

4 結(jié)語

對(duì)于相關(guān)的設(shè)計(jì)人員來說在對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化之前應(yīng)該對(duì)建筑工程做出相應(yīng)的實(shí)地了解，從而才能夠設(shè)計(jì)出相對(duì)比較安全、經(jīng)濟(jì)、美觀等的建筑，同時(shí)還應(yīng)該要不斷加強(qiáng)自身在設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)方面知識(shí)的學(xué)習(xí)對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)的發(fā)展進(jìn)一步的推動(dòng)。

參考文獻(xiàn)

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（作者單位：1.山東省華都建筑設(shè)計(jì)院有限公司；

2.濟(jì)南市人防建筑設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司）