建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的意義和存在的問題分析

趙彥銳 馬慧英

【摘 要】隨著相關(guān)設(shè)計標準體系的逐步完善，房屋建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計需要充分把握好各方面的技術(shù)要點，對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計進行優(yōu)化，不斷提升設(shè)計質(zhì)量水平。現(xiàn)階段，房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)在相關(guān)標準要求下，通過采用建模分析等方法，及時發(fā)現(xiàn)設(shè)計中存在的問題，并加以優(yōu)化和改進。鑒于此，本文對建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的意義和存在的問題進行分析，以供參考。

【關(guān)鍵詞】建筑結(jié)構(gòu)；結(jié)構(gòu)設(shè)計；優(yōu)化方法

中圖分類號：TU2 文獻標識碼：A

引言

高層建筑的發(fā)展和建筑群的發(fā)展都對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計提出了更高的要求，既要降低建筑成本，保障建筑安全性，又要滿足使用者的使用需求。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計不僅關(guān)系到成本投入，更關(guān)系到建筑的安全，是一項非常復(fù)雜的工作。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的專業(yè)科目比較廣泛，相對繁多，并且有些問題現(xiàn)在的技術(shù)也不能有效的解決。本文通過對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的意義和存在的問題進行探討分析，提出應(yīng)對措施，希望能夠在實踐中得到證實，促進我國建筑設(shè)計水平的提高，促進建筑行業(yè)的不斷發(fā)展。

1建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的重要意義

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化可以降低投資成本，節(jié)約資金同樣建設(shè)的建筑標準，一樣的占地面積，如果建筑的樓層越高，可用面積增加越多，單位面積的建設(shè)成本就會降低，節(jié)約用地的同時還可以降低成本。例如居民住宅樓的建設(shè)，同樣的占地面積，建設(shè)多層的住宅和建設(shè)高層的住宅相比，高層的住宅面積遠遠超過多層，同樣的土地投資成本，高層的單位面積會大大降低，節(jié)約成本；而且，高層的建設(shè)為建筑提高了更多可用的空間，從采光、視野、通風、環(huán)境等多個角度提高可用空間，減少了因多層建設(shè)采光不好等多方面的考慮因素帶來的成本投入。最后，也是最為關(guān)鍵的部分。建筑結(jié)構(gòu)成本、土石方，地基處理成本和設(shè)施安裝，裝飾施工等構(gòu)成了整個建筑成本，其中費用占比在50%以上的是建筑結(jié)構(gòu)成本，所以建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化對整個建筑的成本控制起重要作用，優(yōu)化設(shè)計結(jié)構(gòu)是降低成本的有效措施。

2建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中遇到的問題

2.1基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計中的問題

當代建筑基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，年輕的工程師并不能對房屋建筑結(jié)構(gòu)做出準確的判斷分析，這就使得房屋建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計具有很大的片面性以及盲目性。并且房屋在建設(shè)過程中，施工工地的地基的調(diào)研的重要性往往被忽略，這就使得房屋建筑的安全性受到威脅。并且在真實的實際建筑設(shè)計過程中，工程師不能很好的將房屋的準確承重能力做出準確的分析，也就造成了房屋的安全性無法保證。

2.2承重構(gòu)件設(shè)計問題

當前的房屋建筑設(shè)計中的主要的設(shè)計部分是模板設(shè)計，并且樓板的存在讓房屋的屋面、樓面的荷載負重可以得到轉(zhuǎn)移，并且還保證了負重的合理性以及安全性。在施工過程中出現(xiàn)的問題，設(shè)計師會采用更加便捷的方式來降低外界的壓力。同時，還存在著有效高度取值問題片面性的問題，并且建筑結(jié)構(gòu)的內(nèi)部問題還存在受力情況被忽視的問題，這就使得房屋建筑結(jié)構(gòu)更容易出現(xiàn)裂縫。

2.3上部結(jié)構(gòu)的潛在問題

在房屋建筑中，最重要的一部分就是房屋的上層結(jié)構(gòu)，因為它包含了很多重要的內(nèi)容，類似于梁，板之類都是不可缺少的部分。但這些結(jié)構(gòu)中常常存在著很多的潛在問題。第一，在很多房屋建筑結(jié)構(gòu)中框剪結(jié)構(gòu)的連梁設(shè)計做的不是很合理，原因有的是相關(guān)部門沒有重視，還有些是施工隊的認識不足。第二，很多設(shè)計人員在對樓板進行相關(guān)計算的時候，往往忽略了對板的受力狀態(tài)進行分析，長年累月下來，樓板就會因為受力出現(xiàn)很明顯的裂縫。除了這些，上部結(jié)構(gòu)還會出現(xiàn)許許多多的小問題。

3建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化技術(shù)的應(yīng)用

3.1直覺性地優(yōu)化技術(shù)和建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計

每個房屋的建筑結(jié)構(gòu)方案中，肯定是有很多種不同的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計；有時即使明確了建筑物的結(jié)構(gòu)布置，但是也會存在不同的分析方案。在相關(guān)設(shè)計人員對設(shè)計參數(shù)，材料進行分析時，這建筑結(jié)構(gòu)的荷載的數(shù)值也不是唯一的。更別說建筑物的細節(jié)方面了，施工人員的處理更是不盡相同的。這類問題大多數(shù)時計算機無法完全解決的，大多數(shù)往往需要相關(guān)設(shè)計人員的分析和判斷。但是判斷往往時需要設(shè)計人員根據(jù)建筑工程的實際情況，實踐經(jīng)驗以及豐富的理論知識，才能有很好的設(shè)計方案。

3.2優(yōu)化及技術(shù)思想在結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用

在每個房屋建筑工程施工前，對參數(shù)變量的選擇是極其重要的。在結(jié)構(gòu)設(shè)計時，設(shè)計人員通過多種途徑對各種工程的參數(shù)分析和記錄，可以有效地提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性。目前常見的房屋建筑參數(shù)是房屋價格參數(shù)等等。在進行工程施工時，設(shè)計人員要對設(shè)計參數(shù)進行充分的分析，雖然這項程序相對復(fù)雜，但是它能有效的對建筑結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，也能降低建筑物的施工難度，從而使設(shè)計人員更快的找到設(shè)計點。其次是對參數(shù)的確定，在結(jié)構(gòu)設(shè)計中，施工人員往往要在多組函數(shù)中找到最優(yōu)化的目標函數(shù)，這樣可以有效的控制建筑成本。在對建筑進行實際施工中，要合理分析建筑設(shè)計的利弊，然后衡量施工條件，使工程的施工滿足房屋建筑的預(yù)期要求。

3.3對主體結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化

建筑主體結(jié)構(gòu)設(shè)計是建筑結(jié)構(gòu)安全性的主要決定因素，按照上述方法建立建筑結(jié)構(gòu)模型后，需要對其進行不斷的優(yōu)化和改進，提高建筑主體結(jié)構(gòu)承載力。使其具有一定的外部影響作用抵抗能力，能夠在大風、地震等惡劣環(huán)境條件下保持足夠的穩(wěn)定性，避免出現(xiàn)主體結(jié)構(gòu)傾覆的現(xiàn)象。首先應(yīng)對剪力墻設(shè)計進行優(yōu)化，保證其整體質(zhì)量的均勻性，讓剛度中心與結(jié)構(gòu)重心盡可能重合。具體可采用適當增加剪力墻長度、減少剪力墻數(shù)量等方法，對剪力墻結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化。這樣能夠提升剪力墻穩(wěn)定性，同時可以減少混凝土材料的施用量。

4建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法

4.1運用設(shè)計模型進行測算

結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計模型運用了許多數(shù)學概念和模型，在保證一定參數(shù)不變的情況向，通過變量的變化，獲得最佳值。結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化也運用了這一思想，建立數(shù)學模型，科學合理的進行數(shù)值的取值，從而實現(xiàn)經(jīng)濟合理的目的。模型要保證兩個方面：（1）設(shè)計變量的合理選擇。對建筑結(jié)構(gòu)有重要作用的參數(shù)作為變量。（2）將建筑的約束條件考慮結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，如：結(jié)構(gòu)強度、裂縫寬度、尺寸要求等因素也要納入結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計中，使建筑設(shè)計符合行業(yè)規(guī)范的要求。

4.2選擇合理的結(jié)構(gòu)方案

目前，一方面，隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，人口的不斷增加，城市化進程使得建筑得到快速發(fā)展，城市建筑，交通建設(shè)都需要得到更多可能的擴張；另一方面，我國國土資源緊張，各級政府都在出售土地使用權(quán)，可用的資源減少。這種嚴峻的局勢使得建筑不斷向高層發(fā)展。

結(jié)束語

進入21世紀，我國經(jīng)濟進入快速發(fā)展時期，城市化建設(shè)和日益增長的人民物質(zhì)文化生活需要，以及大量資本的流入，使城市建筑得到了大力的發(fā)展；幾代建筑者的辛勤工作和付出，不斷總結(jié)經(jīng)驗，逐步形成了具有行業(yè)規(guī)范的設(shè)計體系。經(jīng)濟合理、安全實用是建筑設(shè)計的基本原則，也是建造者和使用者達成合作的基礎(chǔ)，這一原則在行業(yè)中有著舉足輕重的作用。這就要求建造者必須非常了解和精通建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計，有扎實的專業(yè)知識和豐富的工作經(jīng)驗，對于建筑結(jié)構(gòu)有很好的把控能力，對相關(guān)的經(jīng)濟數(shù)據(jù)和專業(yè)數(shù)據(jù)十分精通。

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