郭林海 青島市膠州建設(shè)工程設(shè)計有限公司

郭林江 青島地質(zhì)工程勘察院（青島地質(zhì)勘查開發(fā)局）

1 前言

現(xiàn)階段，我國建筑行業(yè)實現(xiàn)快速發(fā)展，國家也推出各項節(jié)能降耗的政策方針，秉持可持續(xù)發(fā)展的建筑理念，建筑企業(yè)要給予建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)足夠的重視程度。結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)人員，要不斷提升學(xué)習先進的建設(shè)理念和建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)，進一步深入優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計，達到更高的建筑工程設(shè)計目標，為人民提供一個更加安全、舒適的居住環(huán)境。

2 現(xiàn)階段房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的現(xiàn)狀

2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計圖紙的內(nèi)容不夠完善、詳盡

建筑工程施工必須嚴格按照施工圖紙開展施工，設(shè)計圖紙是整個建筑工程項目建設(shè)中重要組成部分，作為具有重要參考和引導(dǎo)作用的圖紙，必須具有完善性和科學(xué)性，便于施工企業(yè)有序施工，提供堅實的技術(shù)支撐，最大程度上減少施工工序出錯而帶來的返工、質(zhì)量不達標等問題。然而，由于部分設(shè)計單位缺乏豐富經(jīng)驗的設(shè)計工作人員，導(dǎo)致設(shè)計的結(jié)構(gòu)圖紙不夠完善、詳盡，使施工單位在施工階段無法將各個施工節(jié)點落實到位。

2.2 房屋建筑基礎(chǔ)選型不夠合理

為了滿足房屋建筑的各項功能需求，設(shè)計往往會忽略其結(jié)構(gòu)安全性。為了從根本上提升建筑結(jié)構(gòu)的安全性能，必須給予建設(shè)結(jié)構(gòu)設(shè)計工作足夠的重視。應(yīng)結(jié)合建筑結(jié)構(gòu)專業(yè)知識及融合設(shè)計經(jīng)驗，確保建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的科學(xué)性和合理性。

由于建筑結(jié)構(gòu)的安全受各個專業(yè)影響，比如建筑結(jié)構(gòu)類型的選擇、建筑工程材料選擇是否達到國家規(guī)范標準等，一旦不能科學(xué)選擇建筑工程基礎(chǔ)選型，將會直接影響建筑工程的結(jié)構(gòu)安全性?，F(xiàn)階段，我國建筑行業(yè)的基礎(chǔ)選擇問題十分突出，由于基礎(chǔ)選型不合理，導(dǎo)致房屋建筑承載性較低，施工基礎(chǔ)質(zhì)量達不到規(guī)范等級，經(jīng)常出現(xiàn)不均勻沉降等問題，埋下了巨大的安全隱患，導(dǎo)致建筑安全施工頻發(fā)。

3 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法的內(nèi)涵與重要性分析

3.1 內(nèi)涵

隨著新時代國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，人民生活水平獲得顯著提升，住宅市場中的消費者對房屋質(zhì)量與安全性能提出了更高的要求。建筑從業(yè)人員必須采取合理措施，優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，結(jié)合不同地區(qū)的區(qū)位環(huán)境推出獨具特色的建筑風格，在保證建筑施工效率與質(zhì)量達到行業(yè)平均水平的同時，節(jié)省建筑成本，控制現(xiàn)代建筑建造工程對社會資本與自然資源的消耗量，提升建筑工程的社會效益與經(jīng)濟效益。

設(shè)計者應(yīng)合理應(yīng)用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法，保證建筑發(fā)揮預(yù)設(shè)的基本功能，突出建筑本身的美感與獨特的外觀風格，分階段做好建筑分層結(jié)構(gòu)優(yōu)化與工程總體優(yōu)化工作，推出保證建筑結(jié)構(gòu)安全性的全新結(jié)構(gòu)形式，考慮到材料造價、選型、受力、施工難度等不同影響因素，優(yōu)化房屋建筑中較為重要的屋蓋、圍護結(jié)構(gòu)以及結(jié)構(gòu)細部的設(shè)計方案，秉承經(jīng)濟性、安全性、美觀性等基本原則，對比研究可能采取的設(shè)計方案，以找到能夠滿足各項基本需求的設(shè)計方案。

3.2 在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用價值與重要性

在新時代房屋建造工程中，通過全面優(yōu)化設(shè)計建筑結(jié)構(gòu)，可在保證施工質(zhì)量的同時，控制建造成本，提升資源利用效率，踐行可持續(xù)發(fā)展理念與綠色建筑思想，讓現(xiàn)代建筑業(yè)走向可持續(xù)發(fā)展道路，不僅滿足住戶的短期需求，還應(yīng)維護現(xiàn)代房屋建筑的遠期使用價值，主動淘汰傳統(tǒng)房屋建造方案與設(shè)計思路，讓建筑占地面積和房屋造價之間形成平衡關(guān)系，使工程總成本長期保持在合理范圍以內(nèi)，避免在建造高層建筑的過程中浪費稀缺資源。

4 做好房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計、合理利用優(yōu)化方法的正確路徑

4.1 構(gòu)建房屋設(shè)計模型，科學(xué)選擇變量

為在短時間內(nèi)檢驗不同類型設(shè)計方案的合理性，找對優(yōu)化方向，必須利用數(shù)字化軟件搭建建筑模型，選擇貼近實際的建筑內(nèi)部參數(shù)變量，為建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的進一步優(yōu)化打好基礎(chǔ)。在搭建數(shù)據(jù)模型、優(yōu)化設(shè)計方案前，建筑設(shè)計師可立足整體性角度分析某一建造方案中建筑的各項基本性能，把握后期結(jié)構(gòu)優(yōu)化的切入點與關(guān)鍵點，準確認識影響整體方案應(yīng)用效果的關(guān)鍵因素，例如地基土層的厚度、承載力以及空氣濕度等。將建筑工程所涉及的各類參數(shù)引入建筑結(jié)構(gòu)模型中，讓結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化工作獲得可靠的數(shù)據(jù)支持。

建筑設(shè)計者必須基于數(shù)字化建筑模型，分析各類因素與環(huán)境條件對建筑使用性能所產(chǎn)生的負面、正面影響，控制后期結(jié)構(gòu)優(yōu)化工作給建筑設(shè)計方案精確度帶來的偏差，選擇能夠提升優(yōu)化效果的函數(shù)與計量標準，在保證現(xiàn)代建筑的安全性、實用性的前提下，突出房屋結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計工作的經(jīng)濟性，壓低建筑工程成本，合理選擇較為適宜的房屋建造結(jié)構(gòu)、技術(shù)器材使用方式、建筑材料，結(jié)合具體環(huán)境條件，調(diào)整施工工藝，全面提升建筑建造效率。

建筑設(shè)計師可基于數(shù)字化模型精確計算各類變量，選擇經(jīng)過實踐驗證有效的計算方法，根據(jù)建筑的整體功能與住戶所提出的質(zhì)量要求，設(shè)計配套的數(shù)據(jù)分析標準，模擬運算主要的變量數(shù)據(jù)，整合并深入研究基于模型和函數(shù)進行的數(shù)字化模擬活動的統(tǒng)計結(jié)果，發(fā)現(xiàn)建筑設(shè)計方案的潛在缺陷與固有優(yōu)勢，平衡對建筑質(zhì)量產(chǎn)生影響的主要變量。

4.2 優(yōu)化建筑上部結(jié)構(gòu)

建筑設(shè)計者必須基于數(shù)字化模型，選擇正確措施優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計方案，堅持合理性、科學(xué)性原則，優(yōu)化建筑內(nèi)部剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計思路，讓建筑內(nèi)部剪力墻數(shù)量保持在合理范圍內(nèi)，控制剪力墻的建造方式，強化建筑結(jié)構(gòu)的剛度、強度，減少各類安全事故發(fā)生的概率，讓我國現(xiàn)代建筑有能力應(yīng)對地震、泥石流、臺風等自然災(zāi)害，防止發(fā)生墻體破裂、管道泄漏等問題，給廣大住戶提供一個較為安全的居住環(huán)境。

建筑設(shè)計師應(yīng)保證剪力墻重量均勻地分布于樓層整個橫截面上，使用鋼筋混凝土制作的梁柱支撐剪力墻，讓高層建筑中不同樓層的結(jié)構(gòu)中心保持一致，突出建筑平面的剛度。在保證建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的前提下，調(diào)整剪力墻的水平方向和承重能力，處理好角度平衡性問題，強化剪力墻的延展性，根據(jù)現(xiàn)代建筑項目的整體質(zhì)量要求、參數(shù)指標，對在現(xiàn)場搜集到的數(shù)據(jù)進行分析研究，爭取滿足工程的實際質(zhì)量需求。

4.3 優(yōu)化整體設(shè)計方案

建筑從業(yè)者必須針對具體的設(shè)計方案進行全面、深入的分析研究，調(diào)查具體施工現(xiàn)場的環(huán)境，準確定位建筑工程的規(guī)模、質(zhì)量、使用性能、參數(shù)標準；從整體角度入手，規(guī)劃關(guān)鍵性技術(shù)設(shè)備的使用方式、資源調(diào)配機制，嚴格控制容易影響建筑建造質(zhì)量的外部因素，如人工操作錯誤、建造工藝不合標準、原材料質(zhì)量差等。做好配套的質(zhì)量控制工作，反復(fù)核查建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，分析建筑的受力條件與結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，合理化控制各類建材的使用數(shù)量，避免浪費工程資源，消除可能存在的安全隱患。

設(shè)計者必須根據(jù)質(zhì)量要求簡化大型建筑、高層建筑的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，控制在建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計環(huán)節(jié)計算的誤差大小，壓低施工成本，確認與建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計相關(guān)的各類約束條件，如應(yīng)力約束、尺寸約束、空間約束等，在建筑建造過程中將實際約束條件和建造規(guī)劃中的目標約束條件進行比對，保證主要約束條件符合基本要求。

5 房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化注意事項

5.1 結(jié)構(gòu)細節(jié)設(shè)計

建筑企業(yè)在開展建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計工作時，不僅需突出整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計優(yōu)化，同時還要突出結(jié)構(gòu)細節(jié)的設(shè)計優(yōu)化。建筑工程開發(fā)具有不可逆性，在工程完成建設(shè)后，存在的安全隱患、設(shè)計隱患將直接影響建筑物的整體使用安全性與穩(wěn)定性。為此，在實際建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計工作中，需落實結(jié)構(gòu)細節(jié)設(shè)計優(yōu)化工作，主動消除設(shè)計隱患。如在建筑工程的不同項目設(shè)計中，配筋率作為常見的設(shè)計環(huán)節(jié)，要合理控制配筋率，以提高相關(guān)項目的建設(shè)質(zhì)量與安全。又如在開展框架結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計工作時，應(yīng)選擇冷軋帶肋鋼筋進行施工，通過使用該類鋼筋材料，可有效控制鋼筋投入成本，提高建筑工程開發(fā)的整體安全性與經(jīng)濟性。

建筑企業(yè)在開展結(jié)構(gòu)細節(jié)設(shè)計工作時，應(yīng)合理引進信息技術(shù)，保證建筑項目結(jié)構(gòu)設(shè)計的可行性與有效性。如部分項目建設(shè)過程中，通過合理引進BIM技術(shù)，圍繞結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，建構(gòu)虛擬的三維立體模型，進而可視化分析構(gòu)件設(shè)計細節(jié)，可及時發(fā)現(xiàn)設(shè)計方案中存在的問題，便于對其進行有效解決。在計算機信息技術(shù)應(yīng)用過程中，相關(guān)技術(shù)人員必須熟練掌握信息技術(shù)，以保證技術(shù)應(yīng)用的可靠性與合理性，有效提升我國建筑行業(yè)發(fā)展水平[1]。

5.2 整體方案選型

當今社會，房屋設(shè)計不僅是解決人們的衣食住行，而應(yīng)注重外觀造型和藝術(shù)價值。這給房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計帶來了一定的技術(shù)難度，因此結(jié)構(gòu)方案選型十分關(guān)鍵，結(jié)構(gòu)選型是房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的重要一環(huán)，對控制造價有著決定性作用，影響著整個工程的經(jīng)濟性。結(jié)構(gòu)設(shè)計要合理應(yīng)用計算機技術(shù)完善約束條件，使其充分滿足設(shè)計要求，不斷增強優(yōu)化設(shè)計方案的準確性和可操作性。結(jié)構(gòu)設(shè)計中要科學(xué)應(yīng)用多種先進軟件技術(shù)，有效保證建筑結(jié)構(gòu)的安全性，增強設(shè)計模型的科學(xué)性，可結(jié)合實際選擇結(jié)構(gòu)設(shè)計變量，根據(jù)房屋建筑的重要性和關(guān)鍵參數(shù)，明確結(jié)構(gòu)設(shè)計中的主要變量。

5.3 綜合分析

建筑工程建設(shè)過程中，為保證結(jié)構(gòu)設(shè)計的科學(xué)性與合理性，應(yīng)綜合分析結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，如考量建筑物的周邊環(huán)境、建筑物的功能設(shè)定、經(jīng)濟效益、使用壽命等，以保證結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，具有一定的可操作性。設(shè)計人員在開展結(jié)構(gòu)設(shè)計工作時必須考慮多個因素，確?？茖W(xué)嚴謹?shù)匾?guī)劃布局，基于實際建設(shè)環(huán)境條件制訂合理的設(shè)計方案，最大程度上利用當?shù)亟ㄖ牧?，以達到建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計預(yù)期效果。建筑企業(yè)在開展綜合分析工作前，應(yīng)組建專業(yè)的設(shè)計評審小組，由技術(shù)專家組成，確保綜合分析過程中，能及時發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計問題，消除設(shè)計質(zhì)量隱患，提高房屋建筑的整體建設(shè)質(zhì)量，充分發(fā)揮開展綜合分析工作的實際作用。

6 房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化措施

6.1 結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)優(yōu)化

在進行建筑物的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時，需要協(xié)調(diào)多個項目，如管道、基本構(gòu)件、供暖、通風和空調(diào)以及電氣，以確保建筑物的完整性和安全性。這要求在優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計時有效優(yōu)化結(jié)構(gòu)兼容性，例如風管/管道與結(jié)構(gòu)的協(xié)調(diào)，供暖和風管/管道與建筑主體的優(yōu)化，電氣設(shè)備和消防系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化，以確保單個項目的安全，并提高建筑設(shè)計的可行性和效率[2]。

6.2 建筑室內(nèi)結(jié)構(gòu)優(yōu)化

優(yōu)化室內(nèi)設(shè)計時，設(shè)計師應(yīng)遵循美觀、安全和合理的原則。比如建筑物內(nèi)部設(shè)計的滑動墻應(yīng)與建筑平面圖相匹配，外墻的切割尺寸應(yīng)相應(yīng)調(diào)整，以改善內(nèi)部的使用。在建筑內(nèi)部設(shè)計梁的時候，梁的寬度要和建筑墻一樣，以保證結(jié)構(gòu)優(yōu)化的可行性。一些復(fù)雜的建筑構(gòu)造需要高水平的建筑內(nèi)部設(shè)計，因此要確保寬闊、明亮的層。所以在優(yōu)化室內(nèi)和室內(nèi)設(shè)計的時候，要避免設(shè)置橫梁。否則，應(yīng)控制梁的高度和尺寸，以滿足建筑設(shè)計要求[3]。

6.3 地下室結(jié)構(gòu)優(yōu)化

地下室是現(xiàn)代建筑發(fā)展的重要組成部分，高效優(yōu)化設(shè)計，確保地下室整個建筑的安全性和可靠性。在優(yōu)化地下室建筑時，設(shè)計者應(yīng)在建筑地塊的總體要求中適當控制樓層，以減少地下室的樓層，降低未來項目的建筑成本。因為地下室的層高直接影響后續(xù)工程中鋼筋的質(zhì)量補償和消耗，意味著材料成本無法再得到控制。如果某些地區(qū)地下水密度較高，開發(fā)商在優(yōu)化建筑平面設(shè)計時，應(yīng)合理安排水因素，以減少地下室的樁頭數(shù)量，降低地下室的支化率[4]。以此提高地下室整個建筑的安全性和可靠性。

由于地下室的結(jié)構(gòu)具有高載荷和高水流，要確保地下室結(jié)構(gòu)的總體設(shè)計可靠性，應(yīng)適當控制側(cè)墻的彎曲率，并智能計算各種結(jié)構(gòu)元件的受力狀態(tài)，以優(yōu)化性能、尺寸、配置、布置等，確保地下室設(shè)計的可靠性和可行性。為了更好地可視化地下室的設(shè)計結(jié)構(gòu)，建議使用BIM技術(shù)優(yōu)化設(shè)計結(jié)構(gòu)[5]。

6.4 重視結(jié)構(gòu)體系優(yōu)化

在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，存在平面不規(guī)則和豎向不規(guī)則的情況，需要設(shè)計人員結(jié)合建筑功能，控制平面的長寬比和立面的高寬比，盡可能保證建筑質(zhì)量中心與結(jié)構(gòu)中心重合。在豎向結(jié)構(gòu)設(shè)計中，應(yīng)該避免有較大的外挑或者內(nèi)收，規(guī)避薄弱層以及轉(zhuǎn)換層等不利因素，這樣才能更好地保證結(jié)構(gòu)水平抗剪承載力，以及側(cè)向剛度的均勻分布[6]。

7 結(jié)束語

總的來說，建筑師在進行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時，需要制定科學(xué)嚴謹?shù)目刂茩C制有效解決結(jié)構(gòu)設(shè)計中的問題，從而提高結(jié)構(gòu)設(shè)計的有效性和可靠性。本文從結(jié)構(gòu)設(shè)計的各個方面開始，例如結(jié)構(gòu)調(diào)整，建筑內(nèi)部結(jié)構(gòu)優(yōu)化，地下室的結(jié)構(gòu)優(yōu)化，建筑的優(yōu)化等，并分析和檢查具體措施，以優(yōu)化各自員工的建筑設(shè)計。