趙尚

摘? 要：建筑結(jié)構(gòu)體系與經(jīng)濟(jì)、科學(xué)技術(shù)的發(fā)展均存在緊密的關(guān)聯(lián)。古代建筑結(jié)構(gòu)具有笨重、內(nèi)部使用空間狹小的特點(diǎn)，自19世紀(jì)80年代工業(yè)化改革后，建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)部使用空間逐步擴(kuò)大，以鋼材與混凝土材料相結(jié)合的不同類(lèi)型新型結(jié)構(gòu)體系持續(xù)涌現(xiàn)，開(kāi)啟了現(xiàn)代工程建筑結(jié)構(gòu)的新歷程。但是，在當(dāng)前建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中仍然存在性能分析不足、外部框架抗剪力與內(nèi)部剛度矛盾顯著等問(wèn)題，影響了建筑行業(yè)發(fā)展?；诖?，探討建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法至關(guān)重要。

關(guān)鍵詞：房屋;結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);優(yōu)化

1探討優(yōu)化房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要性

1.1能夠有效提升建筑材料的利用效率

優(yōu)化房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，不但可以保證房屋建筑質(zhì)量，還可以提高資金的利用率，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)節(jié)約資金，創(chuàng)造更大經(jīng)濟(jì)效益的目的。從以往的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)案例的統(tǒng)計(jì)來(lái)看，優(yōu)秀的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不一定需要較高價(jià)格的材料，往往是那些性?xún)r(jià)比更高的材料，通過(guò)利用率的提高，不但可以滿(mǎn)足建筑結(jié)構(gòu)性能，而且還能夠大大的節(jié)約項(xiàng)目造價(jià)。因此，房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)建造方案時(shí)，應(yīng)當(dāng)努力提高建筑材料的利用率，以及在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)當(dāng)中加入新材料的應(yīng)用，尤其是近些年應(yīng)用越來(lái)越廣泛的預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)和鋼管混凝土結(jié)構(gòu)等等，這些材料與其他材料相比優(yōu)勢(shì)十分明顯。鋼管混凝土的優(yōu)勢(shì)在于可以使建筑結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，在抗壓強(qiáng)度和抗變形能力等方面都表現(xiàn)優(yōu)異。把鋼管框架填充混凝土材料后，混凝土可以將鋼管框架進(jìn)行有效固定，使建筑整體框架結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出三面受壓的理想狀態(tài)，能夠使建筑材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性以及抗壓強(qiáng)度大大增加。與其他的鋼管結(jié)構(gòu)相比，鋼管混凝土不但可以將本身承載力和自重保持高度一致，還可以節(jié)省下50%的鋼材材料，而且由于施工工藝的變更，可以將原來(lái)的焊接工序進(jìn)行簡(jiǎn)化，減少了人力的投入之外，還極大的縮短了建設(shè)工期。與其他混凝土結(jié)構(gòu)相比，鋼管混凝土結(jié)構(gòu)可以減少構(gòu)建的截面積，節(jié)省大量施工材料的同時(shí)，還保障了建筑材料結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。通過(guò)優(yōu)化房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使用優(yōu)質(zhì)建筑材料，在確保建筑結(jié)構(gòu)質(zhì)量的前提下，提高了材料的利用率，實(shí)現(xiàn)降低建筑項(xiàng)目成本的目的。

1.2能夠很好的推動(dòng)建筑結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性的提升

近年來(lái)，隨著城市化的不斷發(fā)展，城市土地逐漸成為稀缺資源，高層建筑層出不窮，建筑高度的不斷提高，使得建筑墻體和承重墩的面積不斷增加，承載力和建筑材料的體積也隨之增大。這進(jìn)一步壓縮了建筑的使用空間。因此，有必要在保證建筑質(zhì)量的同時(shí)，不斷優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，盡量減少建筑材料的使用，進(jìn)而降低建筑單層高度。建筑總高度降低后，可增加建筑密度，達(dá)到減少建筑用地和工程投資的目的。建筑結(jié)構(gòu)形式可以設(shè)計(jì)成正方形，這種建筑結(jié)構(gòu)可以獲得最小的外周長(zhǎng)和相同使用面積的外墻面積，從而降低建筑內(nèi)外表面的裝修成本和基礎(chǔ)裝修成本，也可以大大提高建筑結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性。

2建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化應(yīng)用

2.1開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)模型集成框架

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模型集成的最終要求是涵蓋建筑全生命周期數(shù)據(jù)信息。比如對(duì)于開(kāi)有門(mén)和窗的一段墻體，其對(duì)應(yīng)的模型集成框架需要涵蓋門(mén)、窗、墻等對(duì)象，具體信息為：類(lèi)型、面積、寬/高、長(zhǎng)/高、洞口面積、洞口數(shù)量、高/厚度以及界面屬性、材料、高×寬、受力特性、鋼筋布置等。建筑模型在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段處于支配地位，由此產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信息可以被結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所提取、集成，為建筑二次建模設(shè)計(jì)提供支持。以基于BIM技術(shù)的建筑結(jié)構(gòu)信息模型ASIM為例，可以Auto-desk的Revit、Graphisoft的ArchiCAD為例，可以IFC支撐下的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)模型格式為數(shù)據(jù)對(duì)象表達(dá)基礎(chǔ)，容納建筑對(duì)象材料、建筑基本繪圖信息、造價(jià)信息為依據(jù)，開(kāi)展完整建筑模型集成框架的構(gòu)建。具體建模流程為：在IFC標(biāo)準(zhǔn)約束下，接入基于DXF設(shè)計(jì)軟件、BIM設(shè)計(jì)軟件以及建筑規(guī)范，形成包含繪圖、造價(jià)、材料的建筑產(chǎn)品模型。進(jìn)而將建筑產(chǎn)品模型中IFC工程文件轉(zhuǎn)化為中心文件，并借助C++編譯器、FORTRAN編譯器、PKPM圖形形式平臺(tái)，提取結(jié)構(gòu)信息。提取結(jié)構(gòu)信息后輸入結(jié)構(gòu)產(chǎn)品模型中進(jìn)行分析，形成結(jié)構(gòu)規(guī)范的模型數(shù)據(jù)庫(kù)。在結(jié)構(gòu)規(guī)范的模型數(shù)據(jù)庫(kù)形成后，可以面向建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程，搭建ASIM集成框架體系。ASIM集成框架體系從縱向來(lái)看，ASIM集成框架體系涵蓋了不同設(shè)計(jì)階段;從橫向來(lái)看，ASIM集成框架涵蓋了不同的體系，可以為設(shè)計(jì)者使用相關(guān)軟件、應(yīng)用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)信息提供充足支持，滿(mǎn)足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化要求。

2.2科學(xué)歸納設(shè)計(jì)方案

要想對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化，必須加強(qiáng)對(duì)設(shè)計(jì)方案的分析和研究，找出設(shè)計(jì)方案當(dāng)中存在的問(wèn)題，以及影響因素等。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化需要詳細(xì)分析與結(jié)構(gòu)相關(guān)的每個(gè)影響因素，例如內(nèi)部結(jié)構(gòu)影響因素，外部環(huán)境影響因素以及經(jīng)濟(jì)影響因素等，從而對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行針對(duì)性的優(yōu)化調(diào)整，保障設(shè)計(jì)方案的科學(xué)性和合理性。對(duì)于房屋內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行的優(yōu)化，需要做到盡量簡(jiǎn)化，因?yàn)樵綇?fù)雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，需要校核的受力情況就更復(fù)雜，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行簡(jiǎn)化后，能夠最大限度地保障受力的穩(wěn)定性，進(jìn)而降低建筑施工風(fēng)險(xiǎn)，提高建筑完工質(zhì)量。對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案有影響的外部因素比較復(fù)雜，如重力載荷、風(fēng)力載荷以及地震強(qiáng)度等等，因此優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，要從建筑結(jié)構(gòu)的抗變形、抗沉降方面著手，來(lái)提高建筑設(shè)計(jì)方案的合理性以及建筑安全性。不僅如此，建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化還要提高對(duì)原材料質(zhì)量的重視程度，完善的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)還需要高質(zhì)量建筑材料的使用，才能保證建筑結(jié)構(gòu)的整體性，安全性更高、耐久性更強(qiáng)的建筑材料可以有效保障建筑結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度質(zhì)量。

2.3確定初始目標(biāo)、約束條件

在ASIM集成框架體系設(shè)計(jì)完畢后，設(shè)計(jì)人員可以結(jié)合預(yù)定條件，尋找相應(yīng)尺寸的鋼筋截面面積以及已失效的概率參數(shù)，以便達(dá)成建筑工程整體造價(jià)最少要求。同時(shí)以保證結(jié)構(gòu)可靠性為初始目標(biāo)，進(jìn)行與優(yōu)化設(shè)計(jì)相符的約束條件設(shè)定，比如建筑裂縫寬度約束、尺寸大小約束、建筑本身強(qiáng)度約束、結(jié)構(gòu)體系相關(guān)約束等，逐一對(duì)比目標(biāo)性質(zhì)的約束條件、實(shí)際性質(zhì)的約束條件，保證每一約束條件與整體建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求相符。

2.4剪刀墻結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度、厚度和延性的設(shè)計(jì)

在對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的剪力墻設(shè)計(jì)優(yōu)化過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)關(guān)注剪力墻的厚度數(shù)據(jù)、長(zhǎng)度數(shù)據(jù)以及延性設(shè)計(jì)。長(zhǎng)度和厚度尺寸屬于剪力墻的主要尺寸，對(duì)剪力墻的質(zhì)量能夠起到?jīng)Q定性的影響，因此設(shè)計(jì)剪力墻時(shí)一定要在滿(mǎn)足建筑建設(shè)強(qiáng)度需求的同時(shí)，遵守相關(guān)技術(shù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的要求。根據(jù)相關(guān)建筑規(guī)范要求，剪力墻的長(zhǎng)度和厚度是由建筑物的抗震等級(jí)進(jìn)行確定的，建筑物抗震等級(jí)的不同，決定了剪力墻長(zhǎng)度和厚度的設(shè)計(jì)區(qū)別。因此，要想確保建筑物結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定以及抗震效果，剪力墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)厚度不能小于0.2m，厚度和高度數(shù)據(jù)的比例不能大于1/6。當(dāng)剪力墻的長(zhǎng)度和厚度比例不滿(mǎn)足要求時(shí)，可以替換為T(mén)、L型截面形式的剪力墻，其翼緣長(zhǎng)度也要適當(dāng)增加。在設(shè)計(jì)剪力墻的延性數(shù)據(jù)時(shí)，其高度和寬度比例盡量要不大于2，這時(shí)剪力墻的延性最佳，可以有效降低剪力墻受到的損傷，當(dāng)高度和寬度比例大于2時(shí)，需要將剪力墻局部開(kāi)洞處理。所以，為了確保建筑物的承載能力，需要高度重視剪力墻的厚度數(shù)據(jù)、長(zhǎng)度數(shù)據(jù)和延性數(shù)據(jù)的設(shè)計(jì)合理性。為了使剪力墻的穩(wěn)定性和抗震性滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)要求，需要保證剪力墻內(nèi)鋼筋的配置率大于千分之二，且水平和豎直方向配置均勻。

3結(jié)論

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，高層建筑的需求逐年增加，人們對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定性也越來(lái)越重視，因此，要提高設(shè)計(jì)人員的專(zhuān)業(yè)技術(shù)水平，應(yīng)用信息化設(shè)計(jì)技術(shù)，不斷對(duì)房屋建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，使建筑物的安全性、實(shí)用性和美觀性不斷提高，為房屋建筑事業(yè)不斷向前發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

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