高雅儒

（深圳市華納國(guó)際建筑設(shè)計(jì)有限公司長(zhǎng)沙分公司，湖南長(zhǎng)沙 410000）

0 引言

房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的質(zhì)量尤為關(guān)鍵，直接關(guān)系著房屋建筑項(xiàng)目的整體安全性。優(yōu)化房屋建筑設(shè)計(jì)方案時(shí)，各類(lèi)房屋建筑結(jié)構(gòu)功能差異較大，設(shè)計(jì)人員需結(jié)合房屋建筑結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況，綜合考慮建筑結(jié)構(gòu)的藝術(shù)性、建筑用料成本、建筑項(xiàng)目實(shí)用性等因素，制定合理的優(yōu)化方案，以此減少建材用量，滿(mǎn)足房屋建筑的質(zhì)量要求。為此，研究?jī)?yōu)化技術(shù)的實(shí)際用法，以此改善房屋建筑結(jié)構(gòu)性能，具有較高的價(jià)值。

1 優(yōu)化技術(shù)用于房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的積極作用

1.1 控制施工成本

優(yōu)化房屋建筑結(jié)構(gòu)的各項(xiàng)工作具有較強(qiáng)的成本控制功能。使用優(yōu)化技術(shù)時(shí)，可增強(qiáng)建材使用的合理性，避免板材的浪費(fèi)問(wèn)題，提高房屋建筑結(jié)構(gòu)整體布局的科學(xué)性。使用優(yōu)化技術(shù)時(shí)，需制定全面的成本控制方案，以此保證建筑資金的使用效果。

1.2 保證建筑安全

在科技的支持下，國(guó)內(nèi)房屋建筑結(jié)構(gòu)的整體設(shè)計(jì)質(zhì)量穩(wěn)步提高。使用受力分析程序，能夠載入更為全面、更具實(shí)用性的建筑資料，以此改善建筑結(jié)構(gòu)的整體性能，使其更具安全性。采取參數(shù)設(shè)計(jì)房屋建筑結(jié)構(gòu)的形式，可提升前期設(shè)計(jì)的精準(zhǔn)性，減少設(shè)計(jì)變更次數(shù)，增強(qiáng)建筑成本的控制效果，合理設(shè)計(jì)建筑外觀結(jié)構(gòu)，切實(shí)保證建筑結(jié)構(gòu)的安全[1]。

1.3 提高房屋建筑的附加價(jià)值

在采光、采暖等方面，逐一開(kāi)展房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以此滿(mǎn)足人們的照明、取暖等多種居住需求。然而，多數(shù)項(xiàng)目出售前，未有效控制樓間距，樓層高度設(shè)計(jì)不適宜，無(wú)法保證建筑居住的舒適性，間接降低了項(xiàng)目的使用價(jià)值。優(yōu)化技術(shù)的使用，能夠合理設(shè)計(jì)樓間距，確保樓層高度設(shè)計(jì)的合理性，切實(shí)增強(qiáng)土地資源的利用能力，從采光、取暖、通風(fēng)等各個(gè)方面提高建筑項(xiàng)目的附加價(jià)值，創(chuàng)造更多的經(jīng)濟(jì)收入。

2 優(yōu)化技術(shù)用于房屋建筑結(jié)構(gòu)的具體表現(xiàn)

2.1 整體優(yōu)化

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)效果直接決定房屋建筑的質(zhì)量，設(shè)計(jì)單位應(yīng)綜合考慮多方因素，給出合理的設(shè)計(jì)優(yōu)化方案。整體優(yōu)化方案要求從各個(gè)方面、全環(huán)節(jié)視角統(tǒng)籌規(guī)劃各項(xiàng)建筑資源，規(guī)范操作各項(xiàng)工藝，以此保障結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量，達(dá)到優(yōu)化設(shè)計(jì)效果。整體優(yōu)化后，加強(qiáng)用料質(zhì)量的控制，對(duì)各類(lèi)部件、各種用料逐一進(jìn)行質(zhì)量檢查，使其正常發(fā)揮部件功能。設(shè)計(jì)期間，需關(guān)注各類(lèi)環(huán)境因素可能帶來(lái)的不利影響，加強(qiáng)人力、物資各項(xiàng)資源的分配，積極排查潛在的風(fēng)險(xiǎn)因素，防止養(yǎng)護(hù)不到位造成結(jié)構(gòu)病害問(wèn)題。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)期間，應(yīng)融合簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)思想，控制設(shè)計(jì)偏差，降低施工成本。例如，對(duì)某房屋建筑項(xiàng)目進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)，使其擁有較強(qiáng)的抗震能力，編制相應(yīng)合規(guī)的抗震方案，增強(qiáng)項(xiàng)目整體結(jié)構(gòu)的承載能力，保證建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)化效果[2]。

2.2 地基優(yōu)化

在房屋建筑結(jié)構(gòu)的各項(xiàng)設(shè)計(jì)工作中，地基設(shè)計(jì)占據(jù)較為關(guān)鍵的地位，設(shè)計(jì)項(xiàng)目結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)明確優(yōu)化地基結(jié)構(gòu)的重要性。設(shè)計(jì)前期，設(shè)計(jì)人員應(yīng)從全環(huán)節(jié)視角全面思考地基結(jié)構(gòu)的性能要求，同步落實(shí)地質(zhì)勘查工作，合理分析地質(zhì)性能，綜合測(cè)算地質(zhì)結(jié)構(gòu)的受力情況。以結(jié)構(gòu)安全為視角，全面開(kāi)展項(xiàng)目安全設(shè)計(jì)工作。項(xiàng)目管理人員應(yīng)積極承擔(dān)自身崗位責(zé)任，綜合考量地基結(jié)構(gòu)性能的不利因素，做出相應(yīng)預(yù)案，有效排查地基設(shè)計(jì)問(wèn)題。

例如，某單位使用數(shù)值模式方法載入建筑資料，開(kāi)展地基優(yōu)化設(shè)計(jì)分析。案例項(xiàng)目的地基管樁內(nèi)徑為0.3 m，外徑為0.4 m，管樁長(zhǎng)度為18 m。數(shù)據(jù)模擬時(shí)，土體半徑參數(shù)設(shè)計(jì)為8 m，土體高度參數(shù)取54 m，以此防止出現(xiàn)邊界影響。管樁、樁帽等位置，均參照現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)得出參數(shù)。墊層厚度為30 cm，半徑為8m。承壓板內(nèi)徑長(zhǎng)度為1.7 m，具體設(shè)計(jì)如圖1所示。

圖1 案例項(xiàng)目地基管樁的計(jì)算模型

對(duì)土層資料進(jìn)行簡(jiǎn)化處理，得出土體用料屬性，處理結(jié)果如表1所示。

表1 墊層用料性能

地基優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，采取數(shù)值模擬方法，考量路基剖面的設(shè)計(jì)需求，使用有限元軟件創(chuàng)建兩種設(shè)計(jì)方案，建立單組復(fù)合地基（圖2）、矩陣式四組群樁地基（圖3）兩種方案，從樁徑長(zhǎng)度、管樁間隔、墊層大小等多個(gè)方面逐一進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

圖2是單排樁地基的設(shè)計(jì)方案，土體邊長(zhǎng)取160 m，土體高度是邊長(zhǎng)的一半，即80 m。

圖2 單排樁地基的設(shè)計(jì)方案

圖3是矩陣式群樁設(shè)計(jì)方案，管樁基礎(chǔ)長(zhǎng)度為18 m，管樁直徑為0.4 m。案例項(xiàng)目地基結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案如表2所示。

表2 案例項(xiàng)目地基結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案

圖3 矩陣式群樁設(shè)計(jì)方案

優(yōu)化處理后，從無(wú)墊層、20 cm墊層、40 cm墊層、60 cm墊層4個(gè)方面逐一對(duì)比地基沉降情況。經(jīng)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，墊層厚度對(duì)地基沉降具有一定正向作用，地基優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，墊層厚度參數(shù)可選擇30～50 cm，以此保障地基沉降的控制效果。對(duì)比樁帽與樁間距各方案發(fā)現(xiàn)，相同樁距條件下，增大樁帽規(guī)格時(shí)，會(huì)相應(yīng)增強(qiáng)地基性能；相同荷載作用時(shí)，樁帽規(guī)格增加后，會(huì)降低地基沉降量，樁間距對(duì)地基承載性能、結(jié)構(gòu)形變會(huì)形成一定影響。當(dāng)樁間距/樁帽的結(jié)果為0.29～0.36時(shí)，地基承載性能明顯增強(qiáng)，地基沉降量較大。當(dāng)樁間距與樁帽的比值大于0.36時(shí)，承載力增加量會(huì)減小，地基沉降量相應(yīng)變小。為此，地基優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，樁帽大小應(yīng)等于樁間距的0.2～0.4倍，以此控制地基沉降量，保證地基設(shè)計(jì)的優(yōu)化效果。

2.3 剪力墻優(yōu)化

相關(guān)施工單位應(yīng)關(guān)注剪力墻的設(shè)計(jì)效果，合理使用剪力墻，間接增強(qiáng)結(jié)構(gòu)平穩(wěn)性，降低事故發(fā)生的概率，營(yíng)造安全宜居的建筑空間。設(shè)計(jì)剪力墻時(shí)，設(shè)計(jì)人員需合理分布?jí)w結(jié)構(gòu)重量，使建筑剛度等同于各層結(jié)構(gòu)質(zhì)量。設(shè)計(jì)人員還應(yīng)合理設(shè)計(jì)剪力墻的質(zhì)量承載能力，合理設(shè)計(jì)水平方向，使其處于角度平衡狀態(tài)。在剪力墻施工期間，需結(jié)合項(xiàng)目實(shí)況，全面分析剪力墻結(jié)構(gòu)性能，準(zhǔn)確測(cè)算墻體結(jié)構(gòu)受力參數(shù)，結(jié)合項(xiàng)目實(shí)際需求，從結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)剛度等多個(gè)方面進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)[3]。

例如，某單位進(jìn)行剪力墻設(shè)計(jì)時(shí)，在抗震設(shè)計(jì)、內(nèi)力測(cè)算、位移測(cè)定等方面逐一融合綠色思想，進(jìn)行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)時(shí)，將剪力墻的個(gè)數(shù)、結(jié)構(gòu)厚度等因素設(shè)定成變量。優(yōu)化設(shè)計(jì)后，清晰地調(diào)整剪力墻布設(shè)結(jié)構(gòu)，有效控制剪力墻用量，調(diào)整剪力墻厚度，以此增強(qiáng)結(jié)構(gòu)整體的抗震能力，減少房屋建筑結(jié)構(gòu)的碳排放量。案例項(xiàng)目剪力墻優(yōu)化設(shè)計(jì)方案如表3所示。

表3 案例項(xiàng)目剪力墻優(yōu)化設(shè)計(jì)方案

參照剪力墻優(yōu)化需求，維持建筑功能，改進(jìn)剪力墻的設(shè)計(jì)方法。優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，未改變剪力墻的用料、規(guī)格等參數(shù)，僅對(duì)布局?jǐn)?shù)量進(jìn)行優(yōu)化。優(yōu)化時(shí)，對(duì)于剛度變動(dòng)位置、樓梯步行區(qū)、電梯間各處設(shè)計(jì)的剪力墻都進(jìn)行保留處理。調(diào)整結(jié)構(gòu)中剪力墻的規(guī)格，改變剪力墻墻肢結(jié)構(gòu)，將其加工成“工字型”“T字型”等結(jié)構(gòu)，以此提升優(yōu)化設(shè)計(jì)效果。未優(yōu)化時(shí)單層墻肢長(zhǎng)度是147 m，優(yōu)化后，各層墻肢長(zhǎng)度為134.3 m，使墻肢長(zhǎng)度縮短了12.6 m。圖4是優(yōu)化前后兩個(gè)剪力墻結(jié)構(gòu)的位移統(tǒng)計(jì)。

圖4 優(yōu)化前后兩個(gè)剪力墻結(jié)構(gòu)的位移統(tǒng)計(jì)

圖4中，橫坐標(biāo)表示位移量，單位為mm；△線(xiàn)代表未優(yōu)化時(shí)剪力墻結(jié)構(gòu)的位移情況；*線(xiàn)表示優(yōu)化后剪力墻結(jié)構(gòu)的位移情況。由圖4可知，優(yōu)化前相比優(yōu)化后的位移表現(xiàn)更明顯，但兩個(gè)方案的位移差距較小，證明墻肢調(diào)小的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案可行，不會(huì)改變剪力墻的結(jié)構(gòu)性能，可減少用料施工，使結(jié)構(gòu)分布更合理。

2.4 電氣優(yōu)化

設(shè)計(jì)建筑結(jié)構(gòu)時(shí)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)關(guān)注電氣程序、設(shè)備安裝的各項(xiàng)設(shè)計(jì)方法，堅(jiān)持導(dǎo)向設(shè)計(jì)思想，在樓板、墻體等多個(gè)方位逐一進(jìn)行電氣安裝，并參照電氣安裝規(guī)范，保證設(shè)備安裝質(zhì)量。施工期間，極易發(fā)生電氣穿梁?jiǎn)栴}，因此設(shè)計(jì)人員需提前設(shè)計(jì)孔洞位置，使梁體寬度等同于墻體寬度，防止管線(xiàn)露出墻外。房屋建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)部的電梯設(shè)計(jì)是豐富房屋建筑功能的關(guān)鍵項(xiàng)目，電梯含有多種構(gòu)件，應(yīng)合理進(jìn)行電氣優(yōu)化設(shè)計(jì)，保證電梯運(yùn)行的平穩(wěn)性[4]。

2.5 排水優(yōu)化

排水設(shè)計(jì)應(yīng)從排水效果、管線(xiàn)荷載力等方面，合理進(jìn)行設(shè)備裝配。地下室結(jié)構(gòu)需使用優(yōu)化技術(shù)嚴(yán)格測(cè)算管線(xiàn)預(yù)留規(guī)格、管線(xiàn)敷設(shè)深度，加強(qiáng)樓板鉆孔方位設(shè)計(jì)，給出相應(yīng)的加固處理方案。針對(duì)水平方向管線(xiàn)設(shè)計(jì)工作，需加強(qiáng)重視，防止出現(xiàn)管線(xiàn)貫穿梁體問(wèn)題。若有管線(xiàn)穿過(guò)承重墻的需求，應(yīng)參照設(shè)計(jì)規(guī)范，做出相應(yīng)的加固處理，提高排水管網(wǎng)的整體設(shè)計(jì)質(zhì)量。

建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化中的排水設(shè)計(jì)任務(wù)，是以中水系統(tǒng)、管徑流向?yàn)樵O(shè)計(jì)主體。中水系統(tǒng)能夠有效提高污水、雨水的凈化處理質(zhì)量，使其達(dá)到重新使用的標(biāo)準(zhǔn)，循環(huán)用水，減少水源消耗，取得較高的經(jīng)濟(jì)收益。設(shè)計(jì)人員需全面考量用料、運(yùn)輸、用工等各項(xiàng)成本，優(yōu)選設(shè)計(jì)方案，必要時(shí)利用節(jié)水器具、變頻水泵進(jìn)行排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)，以此減少水源消耗，發(fā)揮節(jié)水優(yōu)化設(shè)計(jì)的積極作用。

2.6 室內(nèi)優(yōu)化

室內(nèi)裝飾設(shè)計(jì)是從空間、家具、色彩等方面逐一進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)人員進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮用戶(hù)對(duì)各居室的使用需求，以人體工學(xué)視角，從站立、行走、坐臥等方面逐一進(jìn)行內(nèi)飾設(shè)計(jì)。此種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作要求工作人員利用自然資源，從溫度、濕度、通風(fēng)等方面進(jìn)行室內(nèi)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，減少能耗。例如，進(jìn)行建筑室內(nèi)防水優(yōu)化布局時(shí)，初期選擇輕質(zhì)用料進(jìn)行施工，如碳渣、煤渣等，但此類(lèi)用料承重能力不足，會(huì)發(fā)生衛(wèi)生間沉降問(wèn)題，為此，應(yīng)進(jìn)行管道位置校準(zhǔn)，增設(shè)相應(yīng)的防水層，保證優(yōu)化設(shè)計(jì)質(zhì)量。在進(jìn)行防水設(shè)計(jì)時(shí)，可選擇二次排水結(jié)構(gòu)。施工時(shí)，回填2層、防水處理2次。在水電管線(xiàn)敷設(shè)完工后，進(jìn)行首次回填處理，回填高度介于15～25 cm，去除無(wú)用管線(xiàn)，進(jìn)行防水處理。再循環(huán)進(jìn)行一次回填與防水，以此保障防水質(zhì)量[5]。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，使用優(yōu)化技術(shù)開(kāi)展房屋建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)工作，參照建筑結(jié)構(gòu)的實(shí)際功能，梳理結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法，給出時(shí)效性較強(qiáng)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案，增強(qiáng)優(yōu)化技術(shù)的新穎性。相關(guān)單位應(yīng)結(jié)合實(shí)際工作需求，總結(jié)優(yōu)化技術(shù)的使用方法，加強(qiáng)優(yōu)化技術(shù)的專(zhuān)業(yè)交流，探索優(yōu)化技術(shù)的使用方法，切實(shí)提高房屋建筑結(jié)構(gòu)的各項(xiàng)設(shè)計(jì)質(zhì)量。