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      結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法在建筑工程中的應(yīng)用探究

      2015-10-21 18:07:05高繼昌
      基層建設(shè) 2015年10期
      關(guān)鍵詞:重要性應(yīng)用結(jié)構(gòu)

      高繼昌

      摘要:隨著我國(guó)建筑行業(yè)的不斷發(fā)展,人們對(duì)建筑質(zhì)量和舒適度的要求越來(lái)越高,因此就必須對(duì)民用建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理設(shè)計(jì)優(yōu)化,這樣不僅能增加建筑的穩(wěn)定性和舒適度,還能有效地降低民用建筑的建設(shè)成本,實(shí)現(xiàn)民用建筑的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益,實(shí)現(xiàn)利益的最大化。本文在此從結(jié)構(gòu)優(yōu)化的重要性出發(fā),對(duì)結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法在工程中的應(yīng)用做了一定的研究。

      關(guān)鍵詞:結(jié)構(gòu);重要性;應(yīng)用

      一、建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法在房屋建筑中的重要性

      從我國(guó)現(xiàn)階段的國(guó)情與發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看,房屋建筑在不久的將來(lái),主要表現(xiàn)為高層或者超高層住房。基于這種客觀實(shí)際,如何盡可能地減少投入的資金,并對(duì)房屋建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與時(shí)代發(fā)展的需求相符合予以保證,便成為了很多建筑企業(yè)與投資人員越來(lái)越關(guān)注的問(wèn)題[1]。

      要想優(yōu)化房屋的結(jié)構(gòu),施工人員一定要將保障建筑質(zhì)量安全作為前提與基礎(chǔ),細(xì)致分析設(shè)計(jì)方案中的各個(gè)細(xì)節(jié),并采用較為先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念與技術(shù),控制好工程造價(jià)。從相關(guān)的數(shù)據(jù)反映情況來(lái)看,與沒(méi)有經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)優(yōu)化的建筑相比較而言,對(duì)房屋結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化之后,經(jīng)費(fèi)可以縮減8%-22%。然而,在實(shí)際的操作過(guò)程中,因?yàn)楸欢喾矫娴臈l件限制住了,要真正地施展起來(lái),需面臨非常多的困難,而且也無(wú)法將其優(yōu)越性充分地發(fā)揮出來(lái)。

      在優(yōu)化房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的時(shí)候,可以將建材的性能與機(jī)械設(shè)備的性能充分地發(fā)揮出來(lái),這樣,與之前的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相比較而言,則更加具有優(yōu)勢(shì)。而且,優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)之后,工程造價(jià)的資金投入便能得到有效地降低,從而讓企業(yè)能夠贏得更高的經(jīng)濟(jì)效益。此外,優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)之后,可以實(shí)現(xiàn)房屋結(jié)構(gòu)中各個(gè)單元的有機(jī)整合,從而提升了建筑的質(zhì)量,對(duì)人們的居住安全給予了重要保障。因此,要想對(duì)房屋結(jié)構(gòu)具有更強(qiáng)的適用性與更好的經(jīng)濟(jì)性,優(yōu)化房屋的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),是一條行之有效且非常重要的途徑。

      二、建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)優(yōu)化理念

      在對(duì)房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的長(zhǎng)期探討中,建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)優(yōu)化也有自己的理念。其中優(yōu)化設(shè)計(jì)理念包含四個(gè)方面。第一個(gè)方面是房屋建筑具有安全性能,建筑能夠反映人類(lèi)的進(jìn)步文明程度,能夠保障人們各種工作的順利進(jìn)行,因此,對(duì)于建筑的安全性能有很高的要求。建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)無(wú)論優(yōu)化到什么程度,都是需要建立在安全性能的前提之下,一旦一個(gè)建筑優(yōu)化的連安全性都保證不了,那么這個(gè)建筑就失去了存在的意義,甚至帶來(lái)很大的災(zāi)難。第二個(gè)方面是可用性,建筑在表現(xiàn)美觀的同時(shí),設(shè)計(jì)優(yōu)化的主打理念還是建筑的可用性,功能要滿(mǎn)足使用者的要求,帶來(lái)舒適的感覺(jué)。第三個(gè)方面是建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化需要保護(hù)環(huán)境,我國(guó)在長(zhǎng)期的發(fā)展中,人們對(duì)于保護(hù)環(huán)境的意識(shí)不高,造成我國(guó)目前環(huán)境的嚴(yán)重污染,因此,在建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)優(yōu)化的時(shí)候,設(shè)計(jì)合理,采用環(huán)保的建筑材料,排水等具有污染性的系統(tǒng)要做好環(huán)保的防護(hù)工作。第四個(gè)方面是可用價(jià)值性,在建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)優(yōu)化中,不能只顧眼前的利益,為了節(jié)約成本,而偷工減料,降低建筑的實(shí)際可用價(jià)值。建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)優(yōu)化理念的真正目標(biāo)是用最少的錢(qián)卻能打造出最有價(jià)值性的建筑。

      三、房屋結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)要點(diǎn)

      1、選擇節(jié)能指標(biāo)較高的結(jié)構(gòu)類(lèi)型。房屋結(jié)構(gòu)形式的選擇,意味著選擇不同工程造價(jià)的建設(shè)模式,常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模式有如下三種。(1)短肢剪力墻結(jié)構(gòu),這種結(jié)構(gòu)形式常見(jiàn)于高層建筑,以混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程為依托,這種結(jié)構(gòu)形式相對(duì)于剪力墻的抗震級(jí)別要高,比起剪力墻,構(gòu)造鋼筋使用數(shù)量不多。(2)框架結(jié)構(gòu),具有大開(kāi)間、布局靈活性強(qiáng)和造價(jià)成本低的優(yōu)點(diǎn),但這種結(jié)構(gòu)抗震能力弱,柱截面較大,形成的柱角凸出部位會(huì)妨礙家具的布置。(3)框架—剪力墻結(jié)構(gòu),即在框架結(jié)構(gòu)中合理進(jìn)行一定數(shù)量剪力墻的布置,這種結(jié)構(gòu)合理,適用能力強(qiáng),而且能夠應(yīng)對(duì)各種不同的變形壓力,是一種抗側(cè)力較好的結(jié)構(gòu)。以上的三種結(jié)構(gòu)模式各具優(yōu)缺點(diǎn),但我們?cè)谶x擇結(jié)構(gòu)模式的時(shí)候,不能片面認(rèn)為造價(jià)最低的方案就是最科學(xué)合理的方案,而是我們要結(jié)合房屋業(yè)主的功能需求,以及建設(shè)單位的投資水平和施工能力等方面的因素進(jìn)行結(jié)構(gòu)類(lèi)型的綜合分析,將投資與收益進(jìn)行平衡優(yōu)化,根據(jù)工程條件的客觀實(shí)際情況選擇最為合適的結(jié)構(gòu)模式。

      2、各種功能結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

      結(jié)構(gòu)抗震的經(jīng)濟(jì)化設(shè)計(jì),主要針對(duì)高層的房屋建筑,高層建筑的水平荷載結(jié)構(gòu)造價(jià)占所有結(jié)構(gòu)的絕大部分造價(jià),在抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,抗側(cè)力結(jié)構(gòu)是造價(jià)控制的重點(diǎn)內(nèi)容。尤其是在建筑物層高增加之后,抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的造價(jià)也會(huì)隨之增加。因此,抗側(cè)力的結(jié)構(gòu)必須進(jìn)行合理選用,以便形成造價(jià)優(yōu)勢(shì)。上文已經(jīng)對(duì)常見(jiàn)結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行了一定闡述,雖然每種結(jié)構(gòu)形式都具備一定的抗震性能,但所達(dá)成的經(jīng)濟(jì)效果確是各不相同的,因此設(shè)計(jì)人員對(duì)房屋結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要充分了解各種結(jié)構(gòu)模式的抗震性能和經(jīng)濟(jì)指標(biāo),把握好房屋的體型、結(jié)構(gòu)的體系以及剛度的分布等,針對(duì)抗震的薄弱環(huán)節(jié)通過(guò)抗震構(gòu)造措施進(jìn)行改善,將抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的成本降到最低。

      四、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

      1、鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

      1.1選擇合適的鋼材

      在鋼結(jié)構(gòu)建筑中,鋼材的選擇非常關(guān)鍵,直接關(guān)系到整個(gè)結(jié)構(gòu)的各項(xiàng)性能標(biāo)準(zhǔn),所以鋼材要具有較好的延伸性,在抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度方面符合標(biāo)準(zhǔn)。為了保證焊接的質(zhì)量,要符合含碳量指標(biāo)。如果在地震區(qū)的鋼結(jié)構(gòu)建筑,還要充分考慮抗震性的需求,要對(duì)鋼材進(jìn)行沖擊實(shí)驗(yàn),保證具有良好的韌性。為保證鋼材的各項(xiàng)性能都符合標(biāo)準(zhǔn),一定要進(jìn)行相關(guān)的實(shí)驗(yàn),檢測(cè)合格后準(zhǔn)予使用。對(duì)于有其他性能需求的,要按照建筑的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)操作,確保鋼材的質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

      1.2樓面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

      在樓面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,比較常見(jiàn)的問(wèn)題是裂縫,如果設(shè)計(jì)不當(dāng)將直接影響樓面的施工質(zhì)量。在樓面設(shè)計(jì)中,應(yīng)該根據(jù)施工材料的不同設(shè)計(jì)不同的方案,因?yàn)椴牧系男再|(zhì)不同,伸縮縫的設(shè)計(jì)長(zhǎng)度也不相同。所以在鋼結(jié)構(gòu)建筑中,對(duì)于樓面的設(shè)計(jì)可以使用現(xiàn)澆混凝土的方法,伸縮縫的長(zhǎng)度可以按照混凝土結(jié)構(gòu)預(yù)留,以避免施工中樓面出現(xiàn)裂縫。

      1.3網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的計(jì)算

      在實(shí)際的建筑工作中,建筑設(shè)計(jì)人員通常會(huì)將網(wǎng)架同下部結(jié)構(gòu)分開(kāi)進(jìn)行計(jì)算。在計(jì)算當(dāng)中,設(shè)定網(wǎng)架支座的剛度是無(wú)限大的,并且各個(gè)支座剛度相等,將支座反力與下部結(jié)構(gòu)相加就可以得出網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)值。下部結(jié)構(gòu)可能為梁,也可能是其他的形式,其剛度差異很大。

      2、地基結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

      2.1基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

      地基是整個(gè)建筑的基礎(chǔ),地基的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平直接影響到上層建筑的質(zhì)量。因?yàn)榈鼗幕A(chǔ)不僅要承受來(lái)自上層建筑的荷載,同時(shí)還會(huì)受到地下各種應(yīng)力的影響?;A(chǔ)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要考慮的因素較多,在設(shè)計(jì)之前,需要對(duì)基礎(chǔ)的地質(zhì)條件、水文狀況、荷載的分布情況、周?chē)ㄖ幕A(chǔ)、抗震等級(jí)等各項(xiàng)要素進(jìn)行詳細(xì)的調(diào)查分析,然后根據(jù)建筑的整體需求,設(shè)計(jì)出高水平的結(jié)構(gòu)方案。在砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,條形基礎(chǔ)較為常見(jiàn),基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)形式主要取決于地基的荷載力、防水要求等因素,有針對(duì)性的選擇基礎(chǔ)類(lèi)型。

      2.2樁基深度

      在樁基設(shè)計(jì)方面,要選擇硬巖石為樁端的持力層。在樁端進(jìn)入到持力層時(shí),應(yīng)對(duì)其深度進(jìn)行控制:以樁徑(d)為標(biāo)準(zhǔn),如果是粘性土,應(yīng)大于2d;如果是強(qiáng)風(fēng)化軟質(zhì)巖或砂土,應(yīng)大于1.5d;如果是強(qiáng)風(fēng)化硬質(zhì)巖和碎石土,應(yīng)大于1d,且應(yīng)大于0.5m。在樁基進(jìn)入到持力層時(shí),樁斷面進(jìn)入到巖層的深度應(yīng)大于0.5m,如果持力層為未風(fēng)化的硬質(zhì)巖或灰?guī)r時(shí),可適當(dāng)減少其嵌巖深度,但也應(yīng)在0.2m以上。

      五、結(jié)語(yǔ)

      綜上,我們應(yīng)嚴(yán)格遵“安全、經(jīng)濟(jì)、合理”的設(shè)計(jì)理念,努力探索更合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案,保證建筑工程取得良好的經(jīng)濟(jì)效益和質(zhì)量效益。引進(jìn)先進(jìn)的設(shè)計(jì)技術(shù),創(chuàng)新設(shè)計(jì)理念,根據(jù)房屋所處的實(shí)際地理環(huán)境,選擇合適的設(shè)計(jì)優(yōu)化方案,爭(zhēng)取采用最低的造價(jià)來(lái)?yè)Q取最大的經(jīng)濟(jì)效果。

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