探究建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化對策

李玉林

摘 要：現(xiàn)代建筑的日趨豐富，個性鮮明的建筑比比皆是，這種跟個性化的設(shè)計給結(jié)構(gòu)設(shè)計帶來較大的難度。建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計是建筑工程的重要環(huán)節(jié)，設(shè)計的成敗將直接影響到工程的使用、成本、安全等各個方面。因此在設(shè)計的過程中應(yīng)當(dāng)對關(guān)鍵性問題進(jìn)行控制和解決，避免出現(xiàn)遺漏和誤差，力求將結(jié)構(gòu)設(shè)計做的合理而優(yōu)化這才是結(jié)構(gòu)設(shè)計的目標(biāo)。鑒于此，本文對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化對策進(jìn)行了分析探討，僅供參考。

關(guān)鍵詞：建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計；優(yōu)化；對策

1 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化概述

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化作業(yè)從某種意義上來講是一項專業(yè)性比較強(qiáng)的作業(yè)，它不僅僅要能夠真實體現(xiàn)出建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的可操作性，還要能夠?qū)φ麄€建筑施工作業(yè)進(jìn)行全面的評估。優(yōu)化主要體現(xiàn)在對于建筑結(jié)構(gòu)以及成本、圖紙規(guī)劃方案、戶型設(shè)計、建筑風(fēng)格等方面的優(yōu)化。這就要求建筑施工設(shè)計人員要能夠明確每一個階段對于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化目標(biāo)，從而減少成本的使用，合理的建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化不僅僅可以大大提高工作效率，還能在很大程度上保證質(zhì)量，延長建筑結(jié)構(gòu)的使用壽命。在當(dāng)前我國大力提倡市場效益最大化的前提下，建筑行業(yè)要想在激烈的市場競爭中獲得較好的發(fā)展，就必須在施工作業(yè)前了解房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要性。良好的建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化對于整個建筑施工材料的有效發(fā)揮有著積極的重要作用。同時合理的設(shè)計優(yōu)化還能改善人們的居住環(huán)境，提升生活質(zhì)量的舒適度。此外，還能減少資金的使用，最重要的是優(yōu)化設(shè)計是為了更好地的適應(yīng)時代社會發(fā)展的需要。

2 建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計優(yōu)化理念

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

3 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中遇到的關(guān)鍵問題

3.1 水平承載力

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時必須關(guān)注建筑承載能力。就建筑本身而言，建筑結(jié)構(gòu)的承載力所起到的作用是無可替代的。其水平的荷載力對于突發(fā)狀況可以起到很好的效果，比如，由于地震和大風(fēng)原因造成建筑物損壞或者侵蝕等現(xiàn)象。建筑結(jié)構(gòu)的水平載荷力主要影響這建筑的彎矩和軸力，這也是有別于建筑的自重和上部結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的承載力。通常狀況下，我們對高層或者超高層的建筑，都無法正確掌握其水平或者豎直的承載力，然而需要了解的是，建筑物豎直承載力，特別是高層和超高層建筑的荷載力在一定范圍之內(nèi)是保持不變的，因此，只有水平荷載力會因為受到外界環(huán)境的影響，比如，地震、大風(fēng)、暴雪等影響，致使建筑結(jié)構(gòu)水平載荷力隨著變化而變化，可見，水平載荷力對于建筑結(jié)構(gòu)的安全性的意義。因此，一旦水平載荷力產(chǎn)生問題，將可能引發(fā)較為嚴(yán)重的安全事故，嚴(yán)重的時候可能威脅到人身安全。

3.2 結(jié)構(gòu)產(chǎn)生變形

產(chǎn)生變形也是影響建筑物整體性能的重要因素。就建筑、特別是超高層建筑結(jié)構(gòu)而言，豎向承載力相比于水平承載力在一定程度上不會產(chǎn)生影響，然而，倘若柱體受到外界干擾力過大也可能造成一些建筑結(jié)構(gòu)上的問題。比如，倘若柱體受到的外力超過自身承載力，那么將可能導(dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)軸向產(chǎn)生變化，嚴(yán)重的時候可能直接變形。要知道，倘若建筑豎向承載力產(chǎn)生變化，就會導(dǎo)致整個建筑結(jié)構(gòu)的彎矩，從而產(chǎn)生一系列連鎖反應(yīng)。結(jié)構(gòu)產(chǎn)生變形之后可以使得連續(xù)性的橫梁之間的支撐力的負(fù)彎矩值縮小、建筑結(jié)構(gòu)正彎矩值增大，這兩種方向的變化，將最后導(dǎo)致兩段支撐位置的負(fù)彎矩值上升。在對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，每一個部件都有一個軸向的變形數(shù)值。在實際操作中，設(shè)計工作者應(yīng)當(dāng)結(jié)合實際要求，靈活進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計，必要的時候可以對構(gòu)建的長度進(jìn)行修改，以此減小由于結(jié)構(gòu)產(chǎn)生變形帶來的不好影響。

4 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化對策

4.1 構(gòu)建設(shè)計模型

建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計是現(xiàn)階段房屋結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計的研究課題，是突進(jìn)建筑經(jīng)濟(jì)性與安全性的前提要素，在對其進(jìn)行實施優(yōu)化設(shè)計時，需要考慮以下方面的因素：第一，科學(xué)選擇變量。通常情況下，設(shè)計師必須對整體的設(shè)計方案有初步的認(rèn)知，還需要考慮到其對建筑建設(shè)的影響，針對部分重要工程參數(shù)來說，將其取值需要視作參考依據(jù)，這就需要變量供設(shè)計人員進(jìn)行合理的選擇。在實際設(shè)計過程中，設(shè)計師需要參考相應(yīng)的參數(shù)，最好參考變化幅度相對較小，或是不需要考慮太多因素的，這樣才能更好明確目標(biāo)數(shù)據(jù)，從而減緩結(jié)構(gòu)設(shè)計及編程難度；第二，確定函數(shù)，為了將房屋建筑成本控制到最低，設(shè)計人員需要篩選合適函數(shù)；第三，權(quán)衡建筑施工條件，對于設(shè)計師而言，他們需要從整體角度考慮房屋構(gòu)件的尺寸，還有相應(yīng)的結(jié)構(gòu)體系，這樣才能從根本上保障建筑物的穩(wěn)定性。實際設(shè)計過程中，設(shè)計人員需要從建筑物的使用目的，再到施工條件，從而獲取設(shè)計約束條件，然后依據(jù)建筑規(guī)范解決設(shè)計難題，最終確定最優(yōu)的設(shè)計方案。

4.2 使用科學(xué)的計算方式

在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的時候，會運(yùn)用到很多的計算公式和計算程序，倘若需要優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計，就需要對大量的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)算，而在數(shù)據(jù)預(yù)算過程中就會涉及到很多的計算方式。在數(shù)據(jù)處理中，設(shè)計工作者需要關(guān)注的是，不能帶有限制條件，倘若有限制條件也需要轉(zhuǎn)變稱沒有，以此才能提升數(shù)據(jù)的精確度。在數(shù)據(jù)計算的時候會使用到很多的計算方式，且各個計算公式之間都具備其特有的優(yōu)點和缺點，因此，設(shè)計工作者要結(jié)合實際狀況，選擇最適宜方式，既滿足優(yōu)化要求，由簡單易操作，從而推動工程進(jìn)展，降低資金投入。

4.3 對選擇的結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行合理的優(yōu)化

建筑結(jié)構(gòu)體系的選擇，對項目建設(shè)有著重大的影響。在進(jìn)行結(jié)構(gòu)選型時，要對于整體建筑結(jié)構(gòu)的用途、高度、功能、周邊環(huán)境、抗震性等多方面因素進(jìn)行合理的把握，因地制宜地選擇合理的結(jié)構(gòu)體系，較為常見的結(jié)構(gòu)設(shè)計類型有如下三種：

（1） 剪力墻結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)形式常見于高層住宅建筑，這種結(jié)構(gòu)形式相比短肢剪力墻的抗震級別要高，軸壓比也有優(yōu)勢，比短肢墻構(gòu)造鋼筋使用量要省。（2） 框架結(jié)構(gòu)，具有大開間、布局靈活性強(qiáng)和工期短、主體造價成本上的優(yōu)勢。（3） 框架一剪力墻結(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)對各種不同的變形壓力，是一種抗側(cè)力較好的結(jié)構(gòu)。

這三種結(jié)構(gòu)體系各具優(yōu)缺點，在選擇結(jié)構(gòu)體系的時候，不能片面認(rèn)為造價最低的方案就是最科學(xué)合理的方案，而是我們必須結(jié)合建筑使用上的功能需求，以及甲方的投資預(yù)算和施工技術(shù)等多方面條件進(jìn)行結(jié)構(gòu)體系的綜合比較與分析，將投資與收益相平衡，根據(jù)工程的客觀實際情況選擇最為合適的結(jié)構(gòu)體系。

4.4 積極應(yīng)用信息優(yōu)化技術(shù)

在房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中存在的變量比較多，房屋建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化造成了一定的障礙，因此考慮到房屋建筑結(jié)構(gòu)中存在的各種復(fù)雜因素，在優(yōu)化設(shè)計中就應(yīng)該積極應(yīng)用先進(jìn)的信息技術(shù)，比如應(yīng)用一些參數(shù)定義軟件，這樣就能夠有效的減少房屋建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計中設(shè)計者的工作量，提高工作質(zhì)量和工作效率。目前比較好用的軟件系統(tǒng)為“TBCAD系統(tǒng)”，該系統(tǒng)能夠通過對結(jié)構(gòu)方案進(jìn)行指導(dǎo)性的設(shè)計來實現(xiàn)“方案的人力、物力和財力資源等趨于最優(yōu)狀態(tài)?！痹撓到y(tǒng)的信息優(yōu)化過程可以分為兩個階段：第一階段是對材料使用量進(jìn)行優(yōu)化配置，也就是說要使用最少數(shù)量的材料，實現(xiàn)最好的結(jié)構(gòu)性能，在該階段中需要把混凝土用量設(shè)置為目標(biāo)函數(shù)，而“結(jié)構(gòu)構(gòu)件斷面大小”需要設(shè)置為變量。第二階段是優(yōu)化所設(shè)計結(jié)構(gòu)中的各種構(gòu)件強(qiáng)度，就是指對構(gòu)件中鋼用量與斷面大小進(jìn)行調(diào)整，實現(xiàn)質(zhì)量和造價的完美結(jié)合。

4.5 合理控制配筋率

配筋率是建筑中一項基本且重要的指標(biāo)，現(xiàn)在的建筑一般都是高層或超高層，所以鋼筋利用的量很大，同時鋼筋市場中鋼筋的價格也在不斷的提高，所以鋼材的成本越來越大，因此合理的鋼筋用量和配置就會產(chǎn)生很明顯的效果。合理的配筋率是在保證房屋結(jié)構(gòu)安全、耐久性和房屋適應(yīng)性的前提下的，在配比中一定要考慮到房屋結(jié)構(gòu)規(guī)范的各項限值，合理的配置鋼筋的各種規(guī)格和它要完成的作用，有效控制鋼筋用量，從而降低工程成本。

4.6 剪力墻優(yōu)化設(shè)計

在整個建筑工程結(jié)構(gòu)中，聯(lián)肢墻連接著內(nèi)部梁和墻，保證了墻的安全性和穩(wěn)定。在實際設(shè)計過程中，連梁的強(qiáng)度和剛度增加了結(jié)構(gòu)的地震作用，相應(yīng)的梁和墻分配內(nèi)力也不斷增加，需要不斷增加配筋的數(shù)量，就會增加工程材料投入，進(jìn)一步增加工程造價。因此，在設(shè)計人員要摒棄傳統(tǒng)落后的設(shè)計方式，要從經(jīng)濟(jì)的角度，分析建筑結(jié)構(gòu)的抗力和變形，對剪力墻，要保證周圍均勻?qū)ΨQ，科學(xué)布置，在滿足設(shè)計規(guī)范的前提下，不斷減少剪力墻的數(shù)量，從而有效降低工程造價，為建設(shè)單位創(chuàng)造更多的經(jīng)濟(jì)效益。

4.7 保證建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的安全性

設(shè)計人員在優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計時，還應(yīng)重視對建筑結(jié)構(gòu)安全性的考慮。在工作中，應(yīng)確保設(shè)計的每一環(huán)節(jié)在實際施工中都具有可操作性與可行性，確保建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計能夠通過安全的施工達(dá)到預(yù)期的效果，避免因建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的不切實際而給企業(yè)帶來的經(jīng)濟(jì)損失。很多設(shè)計人員為了達(dá)到純粹美學(xué)意義上的建筑，故意將傳力途徑設(shè)計得很復(fù)雜，結(jié)構(gòu)構(gòu)件平凡增多，這樣的建筑就如紙上談兵，沒有和實際聯(lián)系起來，其后果就是華而不實，出現(xiàn)較高的計算誤差機(jī)率，施工無法實現(xiàn)，就算真的能施工完成，但是提升了造價，而且容易出現(xiàn)安全問題。因此不妨設(shè)計一些傳力途徑簡單，傳遞構(gòu)件靈活的建筑。

4.8 加強(qiáng)對結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)部件優(yōu)化

在對建筑結(jié)構(gòu)整體設(shè)計優(yōu)化的時候，還需要注重結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)部件的優(yōu)化工作。例如，在進(jìn)行澆板設(shè)計的時候盡可能的將異性板設(shè)置稱矩形板，以此才能防止出現(xiàn)裂縫問題，影響局部位置受力。又例如，在對底部抗震處理的時候，通常會使用冷軋帶進(jìn)行箍筋，以此才能降低箍筋使用的數(shù)量和尺寸，從而實現(xiàn)減小工程費(fèi)用的目的。另外，為了降低柱構(gòu)件底部的橫截面，使用高強(qiáng)度的混凝土雖然是不錯的方式，然而水平構(gòu)件混凝土的時盡可能的降低對混凝土的標(biāo)記，從而符合受力需求，在一定程度上也節(jié)約了資源。

5 結(jié)束語

綜上所述，在優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中，對于各因素要充分考慮，且在具體的建筑施工中，協(xié)調(diào)整合。優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計，不僅可將工程項目的造價成本降低，還可以為社會增加一定的附加經(jīng)濟(jì)值，將資源的整體利用率提高。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王艷輝.淺談房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中常見問題分析[J].中小企業(yè)管理與科技（下旬刊），2010（2）.

[2] 袁能武.建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計各專業(yè)設(shè)計的協(xié)調(diào)[J].科協(xié)論壇（下半月），2008（9）.

[3] 邢振強(qiáng)，畢繼斌.提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計安全度的幾點看法[J].科技致富向?qū)В?010（9）.

[4] 楊國鑫.建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化新方法[J]. 建筑工人，2017（3）：41～43.

[5] 賈金成.建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法及應(yīng)用分析[J]. 建材與裝飾，2017（4）：93～94.