建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用研究

劉杰斌

【摘要】建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計有利于降低建筑建造成本和節(jié)約自然資源，實現(xiàn)建筑經(jīng)濟合理性目標(biāo);有利于提高建筑空間利用率，達(dá)到建筑空間實用性目標(biāo)。建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計需要設(shè)計工作者基于傳統(tǒng)設(shè)計方法，強化結(jié)構(gòu)設(shè)計中的概念設(shè)計。本文重點概述了建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的重要性以及在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】建筑結(jié)構(gòu);概念設(shè)計;設(shè)計優(yōu)化;房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計

1、概述

隨著我國經(jīng)濟的飛速發(fā)展以及國家對建筑行業(yè)節(jié)約資源和環(huán)保節(jié)能的戰(zhàn)略要求，人們對建筑業(yè)提出了較高的要求：從單純的建筑使用功能和審美需求，到建筑建造過程中更嚴(yán)格的資源、成本、節(jié)能控制，以及投入使用期間建筑內(nèi)部的舒適性、實用性及強體驗性。因此，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計除了滿足建筑承載能力要求外，合理的利用新材料新工藝，充分優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)的布置，實現(xiàn)即經(jīng)濟又美觀、節(jié)能的現(xiàn)代建筑理念。

2、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的基本方法和目標(biāo)

首先，從技術(shù)角度來實現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的核心在于概念設(shè)計，因此結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計也必須從概念設(shè)計出發(fā)，充分研究具體建筑形態(tài)的力學(xué)性能，通過合理的結(jié)構(gòu)抗力構(gòu)件平面布置來達(dá)到良好的抗震抗風(fēng)性能目標(biāo)。

其次，從建筑新材料應(yīng)用的角度實現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化。針對不同的建筑形式和功能布局，采用與之匹配的建筑材料，實現(xiàn)建筑經(jīng)濟性和節(jié)能性的目標(biāo)。

再次，從施工工藝選擇的角度實現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化。綜合考慮施工工期、成本及配合難度等多方面因素，選擇合理的施工工藝，實現(xiàn)建筑的經(jīng)濟性、環(huán)保性的目標(biāo)。

3、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中的具體應(yīng)用

3.1建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化必須從概念設(shè)計著手

結(jié)構(gòu)設(shè)計注重概念設(shè)計，因此結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化也應(yīng)該從結(jié)構(gòu)概念優(yōu)化開始，針對不同的結(jié)構(gòu)形式，結(jié)構(gòu)概念設(shè)計優(yōu)化有如下應(yīng)用：

（1）在框架結(jié)構(gòu)中，通過合理的柱網(wǎng)布置來協(xié)調(diào)框架柱和梁截面。在低烈度區(qū)，通過軸壓比的控制來選定柱截面尺寸及柱距;在高烈度區(qū)，綜合考慮抗震烈度影響和結(jié)構(gòu)靜力承載的平衡來確定柱跨布置和梁板分配。

（2）在剪力墻結(jié)構(gòu)中，豎向構(gòu)件的布置應(yīng)遵循簡單、規(guī)則，分布均勻等原則?？箓?cè)力構(gòu)件的均勻布置，使結(jié)構(gòu)平面成為一種剪力墻圍合成的“筒式”布置，避免局部出現(xiàn)抗側(cè)力的薄弱點?？箓?cè)力構(gòu)件的布置還要綜合考慮建筑層數(shù)、抗震烈度、風(fēng)荷載作用下起控制作用的荷載等因素，確定剪力墻的截面、長度和疏密。

在考慮結(jié)構(gòu)平面布置同時，結(jié)構(gòu)的豎向剛度分配對結(jié)構(gòu)承載能力也有較大的影響。結(jié)構(gòu)豎向布置時，應(yīng)盡量避免剛度突變產(chǎn)生薄弱層等不利因素，同時要合理考慮結(jié)構(gòu)影響范圍內(nèi)的豎向構(gòu)件的剛度貢獻(xiàn)，如在考慮地下室頂板作為嵌固端的問題時，也應(yīng)考慮頂板周邊范圍內(nèi)的人防墻和地下室外墻的剛度貢獻(xiàn)。

3.2建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化必須結(jié)合項目的具體情況進(jìn)行

（1）在樁基礎(chǔ)選型時，除了根據(jù)項目的土層分布以及房屋的樓層數(shù)量外，還應(yīng)該根據(jù)項目情況，充分考慮業(yè)主的施工進(jìn)度要求和樁基礎(chǔ)施工難易程度的要求。

（2）在基坑支護(hù)設(shè)計優(yōu)化時，除了考慮相關(guān)的技術(shù)指標(biāo)外，我們還應(yīng)考慮項目的施工季節(jié)性特點，通過合理的施工組織設(shè)計合理避開對工程不利的季節(jié)。同時根據(jù)項目所在地不同的交通情況，合理選擇基坑支護(hù)方案的形式。

（3）地下室頂板應(yīng)該根據(jù)其柱跨和板面的覆土厚度來考慮其梁的布置方式：不布置次梁、布置十字型次梁、布置井字梁。柱跨在6米以內(nèi)可以選擇采用大板形式，即僅沿柱跨布置框架梁，跨中不布置次梁，既能發(fā)揮厚板的看彎性能又能避免消防車荷載過大;柱跨在6～8米范圍內(nèi)，可以采用布置十字交叉次梁的形式來劃分板跨;柱跨大于8米時，可以采用“井字”布置次梁，次梁傳給框架主梁的集中荷載均在柱跨的1/3處，能有效控制框架的彎矩，從而避免跨度較大導(dǎo)致框架梁截面過大。

3.3建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化還要注重新材料和新工藝的使用。

隨著我們科技的大力創(chuàng)新，建筑行業(yè)的新材料和新工藝也是日新月異。

（1）墻體荷載是高層建筑的一個重要荷載。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化時可以選擇加氣混凝土砌塊作為墻體材料，其強度、保溫性能和自重等各方面均優(yōu)于傳統(tǒng)的墻體材料。

（2）樁基礎(chǔ)的施工工藝方面，旋挖樁的出現(xiàn)大大縮短了鉆孔灌注樁的施工工期，在保證質(zhì)量的同時，節(jié)省了樁基礎(chǔ)的施工成本。

4、優(yōu)化設(shè)計中需要注意的問題

建筑結(jié)構(gòu)在進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計的過程中，要注意一些問題。首先必須概念清晰，能夠有把握地找出結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵部位所在處，必要時要進(jìn)行性能化分析強化關(guān)鍵部位，使結(jié)構(gòu)具有較強的抗力支撐體系。其次優(yōu)化設(shè)計一定要做到荷載考慮全面，注意兼顧建筑結(jié)構(gòu)中的影響因素，對各種工況的作用要仔細(xì)分析，設(shè)計計算時應(yīng)按照科學(xué)合理的參數(shù)、采用各種工況的包絡(luò)值，以幫助實現(xiàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和完整性。再次結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，應(yīng)該從大局出發(fā)，注意各個結(jié)構(gòu)部分的協(xié)調(diào)性與統(tǒng)一性，避免出現(xiàn)為了優(yōu)化某個構(gòu)件而改變大面積的結(jié)構(gòu)布置，應(yīng)兼顧結(jié)構(gòu)方案優(yōu)化顯現(xiàn)和建筑功能的有序排布，發(fā)揮出合理化的作用。

總結(jié)：

建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計至關(guān)重要，因此，設(shè)計師應(yīng)該進(jìn)行合理規(guī)劃，這不僅有利于提高工作效率，更重要的是節(jié)約成本，設(shè)計師能合理利用空間結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計，有利于提高業(yè)主滿意度，同時能幫助進(jìn)行合理規(guī)劃、節(jié)約資源。

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