袁華安

江蘇龍騰工程設(shè)計(jì)股份有限公司，江蘇 南京 210000

在建筑工程規(guī)?；ㄔO(shè)的新市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)常態(tài)下，作為工程施工作業(yè)的重要環(huán)節(jié)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是否科學(xué)、合理和可行，在一定程度上影響著建筑工程后期施工作業(yè)的成效和建筑物使用功能。為了滿足居住者對(duì)房屋建筑的使用需求和精神需求，設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)時(shí)除了要秉承舒適、安全等原則，還要不斷優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，全面提高房屋建筑的整體工程質(zhì)量。

1 房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的意義

房屋建設(shè)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是否合理，影響著建筑物的安全性和穩(wěn)定性。建筑物的結(jié)構(gòu)與建筑外形、空間有直接關(guān)系，因此為了提高房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的實(shí)用性，應(yīng)對(duì)其不斷優(yōu)化。另外，隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對(duì)建筑物內(nèi)部空間的需求也在不斷變化，由最初的基本居住需求逐漸向休閑、娛樂(lè)、舒適方向發(fā)展，因此在進(jìn)行房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員需在掌握基礎(chǔ)建設(shè)結(jié)構(gòu)理論的基礎(chǔ)上進(jìn)行多樣化設(shè)計(jì)。

為了全面提高建筑整體的經(jīng)濟(jì)性、美觀性和安全性，在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)對(duì)各個(gè)結(jié)構(gòu)部位進(jìn)行優(yōu)化是建筑企業(yè)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)達(dá)成的重要保障。但是目前結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中存在一些問(wèn)題，影響建筑物的使用功能，難以保障其質(zhì)量安全，為此要應(yīng)用優(yōu)化技術(shù)對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行調(diào)整，從而全面提升建筑的安全性和舒適度。

2 房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在的問(wèn)題

（1）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)缺乏整體性。房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的整體性不僅體現(xiàn)在房屋建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)部，建筑工程與周邊環(huán)境能否建立和諧關(guān)系，也是影響企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益的重要因素。若設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)時(shí)沒(méi)有考慮其整體性，分散設(shè)計(jì)各個(gè)建筑結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致相關(guān)設(shè)計(jì)工作零散化，將在一定程度上影響房屋建筑的舒適度。

（2）細(xì)節(jié)處理缺乏嚴(yán)謹(jǐn)性。細(xì)節(jié)問(wèn)題也是影響建筑使用功能和安全性的因素之一。在房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中有效處理細(xì)節(jié)問(wèn)題，也是全面提高建筑質(zhì)量性和安全性的重要保障?，F(xiàn)階段，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)設(shè)計(jì)者容易忽視細(xì)節(jié)問(wèn)題，可能導(dǎo)致預(yù)埋件與施工作業(yè)相沖突，嚴(yán)重影響工程整體施工質(zhì)量，提高工程返修率，產(chǎn)生不必要資金的損耗。

（3）設(shè)計(jì)方案缺乏合理性。設(shè)計(jì)方案是工程建設(shè)施工作業(yè)的重要依據(jù)，方案內(nèi)容是否合理、可行，直接影響建筑工程的整體施工質(zhì)量。在設(shè)計(jì)方案時(shí)，部分設(shè)計(jì)者未到施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)地勘測(cè)，增加了后期工程施工難度，可能影響建筑結(jié)構(gòu)的整體質(zhì)量，從而在一定程度上影響房屋建筑的使用價(jià)值。

3 優(yōu)化技術(shù)在房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

3.1 優(yōu)化整體布局

結(jié)構(gòu)優(yōu)化是一項(xiàng)專業(yè)、復(fù)雜的工作，在優(yōu)化建筑空間結(jié)構(gòu)時(shí)，要具有更強(qiáng)的層次性，尤其對(duì)于高層樓體的開發(fā)建設(shè)，其結(jié)構(gòu)優(yōu)化工作更加復(fù)雜?？傮w來(lái)說(shuō)，建筑樓體的結(jié)構(gòu)層次包含設(shè)計(jì)層次和結(jié)構(gòu)體系。建筑物內(nèi)部的層次性優(yōu)化是指在設(shè)計(jì)建筑物時(shí)，對(duì)其現(xiàn)有結(jié)構(gòu)作出優(yōu)化調(diào)整，從而使建筑物的整體結(jié)構(gòu)布局更加合理。建筑物內(nèi)部包含承重系統(tǒng)、供水系統(tǒng)、供電系統(tǒng)等，如果建筑設(shè)計(jì)方案不合理，會(huì)增加后期施工的難度，導(dǎo)致建筑整體結(jié)構(gòu)不科學(xué)，影響建筑的安全性。因此，在對(duì)房屋建筑開展優(yōu)化布局時(shí)，不僅要保證其實(shí)用功能，還要保證其安全性和美觀性。

3.2 重視細(xì)節(jié)處理

（1）優(yōu)化高層建筑結(jié)構(gòu)選型。第一，合理選擇基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)類型。基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)作為高層建筑的最重要組成部分，承載著建筑物上部結(jié)構(gòu)的荷載。為了確保建筑的安全性和使用性，在選擇基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)時(shí)，設(shè)計(jì)者需要綜合考慮地質(zhì)勘探資料和建筑上部結(jié)構(gòu)荷載情況。對(duì)于建筑層數(shù)較少、地基區(qū)域土質(zhì)較好的建筑，可以選擇獨(dú)立基礎(chǔ)或是條形基礎(chǔ)，以降低施工成本和操作難度；對(duì)于建筑層數(shù)較多、地基區(qū)域土質(zhì)較差的建筑，為了提高建筑的整體安全性，可以選擇樁基礎(chǔ)進(jìn)行施工作業(yè)；對(duì)于建筑層數(shù)多、地基區(qū)域土質(zhì)較好或是建筑層數(shù)少、地基區(qū)域土質(zhì)較差的建筑，為了進(jìn)一步提高建筑的整體承載力，可以選擇筏板基礎(chǔ)進(jìn)行施工作業(yè)。第二，合理選擇抗側(cè)力結(jié)構(gòu)。高層建筑和超高層建筑的抗震性能一直都是混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，為了進(jìn)一步提高建筑物整體的抗震性能，設(shè)計(jì)者在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)合理選擇抗側(cè)力結(jié)構(gòu)。具體而言，對(duì)于結(jié)構(gòu)高度低于50m的高層建筑，可以選擇框架結(jié)構(gòu)（空間靈活）作為抗震體系；對(duì)于結(jié)構(gòu)高度約為100m的高層建筑，可以選擇剪力墻結(jié)構(gòu)（剛度大、位移小）作為抗震體系；對(duì)于結(jié)構(gòu)高度較高的高層建筑，可以選擇框剪結(jié)構(gòu)和框筒結(jié)構(gòu)作為抗震體系。

（2）合理布置高層建筑結(jié)構(gòu)平面。在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，建筑結(jié)構(gòu)平面布置的精準(zhǔn)化在一定程度上影響著建筑的安全性。經(jīng)調(diào)查，高層建筑的結(jié)構(gòu)布局在很大程度上與預(yù)期抗震性能之間存在一定的內(nèi)在聯(lián)系，因此在進(jìn)行平面布置時(shí)，設(shè)計(jì)者需盡量降低扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的影響，即設(shè)計(jì)者需要在綜合考慮地震發(fā)生時(shí)偶然偏心因素的基礎(chǔ)上，評(píng)估高層建筑豎向水平位移和層間位移情況，并在保證A級(jí)高度位移控制量控制在樓層平均值1.2～1.5倍的同時(shí)，將B級(jí)高度位移控制量控制在樓層平均值的1.2倍以下。此外，設(shè)計(jì)者在布置結(jié)構(gòu)平面時(shí)，應(yīng)綜合考慮建筑整體的抗震性能，通過(guò)采取規(guī)則、簡(jiǎn)單、對(duì)稱的布置方式，提高建筑整體抗震性能，從而保障整體建筑的安全性和可靠性。

（3）確保薄弱層設(shè)計(jì)作業(yè)的規(guī)范化開展。在高層混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，薄弱層受到外界強(qiáng)烈刺激容易產(chǎn)生變形，從而影響高層建筑整體可靠性。為此，隨著高層建筑高度的不斷增加，為規(guī)避安全事故的發(fā)生，設(shè)計(jì)者需從根本上提高對(duì)薄弱層設(shè)計(jì)的重視度。通常來(lái)講，在高層結(jié)構(gòu)存在豎向結(jié)構(gòu)剛度不連續(xù)、抗側(cè)力結(jié)構(gòu)受剪承載力突變時(shí)，表示高層結(jié)構(gòu)存在薄弱層。針對(duì)上述問(wèn)題，為了進(jìn)一步提高結(jié)構(gòu)抗側(cè)向力的能力，設(shè)計(jì)者需依據(jù)地震荷載與放大調(diào)整系數(shù)相乘后的數(shù)據(jù)，對(duì)薄弱層進(jìn)行構(gòu)件合理化設(shè)計(jì)，以此提高房屋建筑的安全性。

3.3 優(yōu)化設(shè)計(jì)流程

在優(yōu)化房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，為了保證建筑物的安全性、美觀性、舒適性、經(jīng)濟(jì)性和耐久性，設(shè)計(jì)者需嚴(yán)格按照如下設(shè)計(jì)流程落實(shí)設(shè)計(jì)工作，即科學(xué)選擇設(shè)計(jì)參數(shù)→確定目標(biāo)函數(shù)→明確約束條件→編制優(yōu)化方案→設(shè)計(jì)優(yōu)化程序→分析優(yōu)化結(jié)構(gòu)。具體而言，在選擇設(shè)計(jì)參數(shù)時(shí)，設(shè)計(jì)者需選擇結(jié)構(gòu)可靠度、損失期望等核心指標(biāo)，而非核心指標(biāo)可作為結(jié)構(gòu)局部?jī)?yōu)化參考變量，不計(jì)入結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)變量中。在確定目標(biāo)函數(shù)時(shí)，設(shè)計(jì)者需綜合考慮建設(shè)目標(biāo)選擇目標(biāo)函數(shù)，然后采取有效的計(jì)算方式來(lái)計(jì)算失效概率。明確約束條件是為了保證設(shè)計(jì)方案的整體協(xié)調(diào)性，以提高建筑整體的安全性和可靠性，設(shè)計(jì)者需根據(jù)不同結(jié)構(gòu)部位確定約束條件，如從建筑安全角度出發(fā)，約束條件包括裂縫寬度、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度；從工程造價(jià)角度出發(fā)，約束條件包括物料消耗情況、設(shè)備使用情況等。在編制優(yōu)化方案時(shí)，設(shè)計(jì)者可借助一些輔助工具，通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)地勘察，在綜合考慮多種變量的前提下完成初步方案編制，然后對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行復(fù)驗(yàn)，以確保建筑細(xì)節(jié)部位設(shè)計(jì)符合要求。在進(jìn)行設(shè)計(jì)模型構(gòu)建以及設(shè)定程序優(yōu)化時(shí)，設(shè)計(jì)者可將設(shè)計(jì)方案代入到模型中運(yùn)行，然后通過(guò)代入檢測(cè)→發(fā)現(xiàn)問(wèn)題→設(shè)計(jì)優(yōu)化→繼續(xù)檢測(cè)，對(duì)建筑設(shè)計(jì)方案進(jìn)行持續(xù)優(yōu)化。

4 結(jié)束語(yǔ)

合理運(yùn)用優(yōu)化技術(shù)是房屋建筑設(shè)計(jì)中提升和改善現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的一項(xiàng)重要措施，確保技術(shù)的合理化應(yīng)用，不僅有利于降低建筑項(xiàng)目的建設(shè)成本，在提高企業(yè)經(jīng)營(yíng)效益以及提升建筑安全性方面也發(fā)揮著重要作用，是達(dá)成行業(yè)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)的重要保障。