房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法的應(yīng)用

申曉寶

（華藍(lán)設(shè)計(jì)（集團(tuán)）有限公司，南寧 530011）

1 引言

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可提升建筑工程整體美觀性，由此滿足人們的觀賞體驗(yàn)。隨著建筑行業(yè)施工技術(shù)的發(fā)展，建筑設(shè)計(jì)對(duì)外觀的要求更高，不僅需要外觀材料滿足質(zhì)量控制要求，同時(shí)，外觀形象也應(yīng)符合現(xiàn)代審美理念。建筑工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)中，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)包含外部結(jié)構(gòu)與內(nèi)部結(jié)構(gòu)，外部結(jié)構(gòu)主要是建筑物的外觀整體和位置角度等要素，內(nèi)部結(jié)構(gòu)則主要指建筑物的內(nèi)部空間與室內(nèi)布局等方面。對(duì)相關(guān)設(shè)計(jì)內(nèi)容與方法的完善，是建筑項(xiàng)目結(jié)構(gòu)完善與提高的重要表現(xiàn)，相關(guān)領(lǐng)域研究人員需要對(duì)此加以重視，善于利用先進(jìn)設(shè)計(jì)思想，保證建筑結(jié)構(gòu)具有美觀性。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化應(yīng)貫穿項(xiàng)目設(shè)計(jì)及施工的全過程

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化應(yīng)貫穿項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段及施工階段的始終。從建筑方案設(shè)計(jì)階段即參與其中，有利于結(jié)構(gòu)方案的優(yōu)化選型，避免后續(xù)設(shè)計(jì)過程中因結(jié)構(gòu)方案難以實(shí)現(xiàn)或成本過高，導(dǎo)致對(duì)建筑方案的顛覆性調(diào)整。同樣，結(jié)構(gòu)方案的合理性也應(yīng)同時(shí)由建筑設(shè)計(jì)師評(píng)估是否對(duì)建筑方案的美觀及使用功能造成影響。應(yīng)優(yōu)選與建筑體型及功能匹配，且具有較高效率的結(jié)構(gòu)體系。特別是大型公建項(xiàng)目，建筑方案設(shè)計(jì)階段的結(jié)構(gòu)方案優(yōu)化選型將直接決定整個(gè)項(xiàng)目的成本、工期及施工難度等，合理的結(jié)構(gòu)方案優(yōu)化比選是保證項(xiàng)目后續(xù)施工圖深化設(shè)計(jì)及現(xiàn)場(chǎng)施工的有利保證。在施工圖設(shè)計(jì)階段，專項(xiàng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案應(yīng)逐個(gè)分析，逐個(gè)優(yōu)化比選，確保各專項(xiàng)方案安全、合理、經(jīng)濟(jì)、高效【1】。如基礎(chǔ)方案、主體結(jié)構(gòu)方案的優(yōu)化，對(duì)項(xiàng)目建設(shè)成本、工期均有較大影響。在項(xiàng)目施工階段，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也應(yīng)根據(jù)實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)施工條件及客觀情況，進(jìn)行相關(guān)優(yōu)化，保證項(xiàng)目的順利、高效施工。

3 BIM 技術(shù)的原理分析以及其在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的主要作用

在建筑行業(yè)中，關(guān)于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面的技術(shù)更新速度一直是最快的，其受現(xiàn)代科技發(fā)展的影響也是最為明顯的。如今許多大型建筑工程都開始使用新型的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)，主要依靠網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和相應(yīng)的設(shè)計(jì)軟件。相同的是，這些技術(shù)軟件都要遵循相應(yīng)的技術(shù)和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。以BIM 技術(shù)為例，該技術(shù)主要是對(duì)建筑物進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，再進(jìn)行建筑模型的構(gòu)建和分析，所依據(jù)的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)和要求被稱為IFC 標(biāo)準(zhǔn)。IFC 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求對(duì)建筑物施工管理的各項(xiàng)數(shù)據(jù)必須經(jīng)過統(tǒng)一的規(guī)范處理，這樣，才能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的交互和共享。BIM 技術(shù)就是基于這種操作規(guī)范，在對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和分析時(shí)使用IFC 技術(shù)格式，這樣，可以實(shí)現(xiàn)在項(xiàng)目各個(gè)環(huán)節(jié)中數(shù)據(jù)傳輸和交換。BIM 技術(shù)的核心在于對(duì)建筑物進(jìn)行模型化處理，這樣就實(shí)現(xiàn)了對(duì)以往建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的根本性超越——即由抽象的工程圖紙轉(zhuǎn)化成具體形象的三維模型，既方便了技術(shù)人員的操作，也方便了工程師的解讀和方案的設(shè)計(jì)與優(yōu)化。通過三維平臺(tái)的建立，可以輕松地實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑物中各項(xiàng)數(shù)據(jù)的處理和分析，在數(shù)據(jù)的處理速度、數(shù)據(jù)庫容量、建筑模型的建立和控制等方面都提供了一定的保障。其核心技術(shù)在于對(duì)建筑物數(shù)據(jù)庫的建立和分析處理，并且通過復(fù)雜的軟件和計(jì)算工作來實(shí)現(xiàn)這些數(shù)據(jù)的參數(shù)化模型描述。之后，通過這些參數(shù)的分析，再進(jìn)行相應(yīng)的建筑模型的建立。

4 房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法的應(yīng)用

4.1 結(jié)構(gòu)專項(xiàng)設(shè)計(jì)方案的精細(xì)化分析優(yōu)選

針對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的部分重要專項(xiàng)設(shè)計(jì)內(nèi)容，應(yīng)結(jié)合實(shí)際設(shè)計(jì)條件著重進(jìn)行分析比較，優(yōu)選最佳方案。如基礎(chǔ)專項(xiàng)設(shè)計(jì)中，基礎(chǔ)形式采用天然地基還是樁基，如采用樁基應(yīng)采用預(yù)制樁還是混凝土灌注樁，選用何種樁徑甚至成孔或沉樁方式等，均應(yīng)結(jié)合地勘報(bào)告及設(shè)計(jì)試樁結(jié)論進(jìn)行分析比較，并在施工過程中進(jìn)行密切配合，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行不斷優(yōu)化。再如預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)專項(xiàng)設(shè)計(jì)時(shí)，預(yù)制構(gòu)件拆分方案中在滿足預(yù)制裝配率的要求下，應(yīng)充分考慮預(yù)制構(gòu)件對(duì)結(jié)構(gòu)安全性，施工工期、建造成本以及施工便利性的影響。只有通過專項(xiàng)方案的精細(xì)優(yōu)化，才能保證結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性和落地性【2】。

4.2 關(guān)注房屋建筑設(shè)計(jì)質(zhì)量安全

房屋建筑設(shè)計(jì)的質(zhì)量安全是管理工作的核心與重點(diǎn)，相關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)滿足相關(guān)質(zhì)量控制要求，促使建筑工程具有良好的應(yīng)用性能。例如，在某建筑工程項(xiàng)目的上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，應(yīng)構(gòu)建優(yōu)化模型，對(duì)影響建筑設(shè)計(jì)穩(wěn)定性的因素進(jìn)行分析與研究，對(duì)重點(diǎn)項(xiàng)目進(jìn)行控制。如對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)過程中，為提升項(xiàng)目整體的安全性與質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，需要對(duì)剪力墻各部分的質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格要求。為保證房屋結(jié)構(gòu)整體的穩(wěn)定性，應(yīng)減少短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，盡量布置并設(shè)計(jì)較長(zhǎng)的剪力墻，使得房屋設(shè)計(jì)更加符合行業(yè)內(nèi)要求的安全質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。此外，較長(zhǎng)的剪力墻設(shè)計(jì)也可減少房屋結(jié)構(gòu)中邊緣構(gòu)件的數(shù)量，實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼筋數(shù)量的有效節(jié)約，為項(xiàng)目造價(jià)控制與管理工作有序開展提供支持與保障。此外，為保證房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的科學(xué)性與合理性，相關(guān)設(shè)計(jì)人員應(yīng)結(jié)合工程項(xiàng)目實(shí)際情況，對(duì)房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化與調(diào)整，提升整體設(shè)計(jì)水平。例如，在某房屋建筑項(xiàng)目設(shè)計(jì)中，其整體設(shè)計(jì)規(guī)模為7 500m2，主體結(jié)構(gòu)采取預(yù)制混凝土施工方案，為實(shí)現(xiàn)對(duì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的控制，設(shè)計(jì)人員嚴(yán)格控制了短肢剪力墻的投放數(shù)量，對(duì)房屋中的建筑材料和框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行控制，并且對(duì)照設(shè)計(jì)圖紙，完善局部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使得項(xiàng)目設(shè)計(jì)達(dá)到業(yè)主方要求。

4.3 提高建筑結(jié)構(gòu)與外觀的協(xié)調(diào)性

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與建筑外觀設(shè)計(jì)始終是不可拆分的話題。在一般的建筑結(jié)構(gòu)中，不可避免地會(huì)發(fā)生建筑結(jié)構(gòu)與外觀相沖突的現(xiàn)象，如果不能同時(shí)進(jìn)行兼顧，那么，設(shè)計(jì)方或施工單位會(huì)退而求其次，選擇其中的一項(xiàng)作為主要設(shè)計(jì)對(duì)象。隨著人們對(duì)于房屋建筑結(jié)構(gòu)的整體性要求逐漸提高，房屋建筑的功能不再局限于僅滿足居住者的日常生活需求，同時(shí)也要在房屋外觀上給予居住者一種享受。

因此，設(shè)計(jì)人員要在設(shè)計(jì)房屋結(jié)構(gòu)的過程中，引入先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念，添加一些流行元素，使二者得以兼顧，同時(shí)要做好房屋外觀與結(jié)構(gòu)的后期處理，以加強(qiáng)二者的協(xié)調(diào)性【3】。

4.4 優(yōu)化水電管網(wǎng)

水電管網(wǎng)是房屋中的必要結(jié)構(gòu)之一，為房屋使用者提供了日常的必需能源。在設(shè)計(jì)過程中，優(yōu)化水電管道結(jié)構(gòu)是設(shè)計(jì)人員需要著重考慮的問題之一。需要著重考慮水電管網(wǎng)的主要原因在于其在建筑結(jié)構(gòu)中具有較高的復(fù)雜性，在對(duì)房屋結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化的過程中必須要考慮到優(yōu)化過程可能對(duì)管道造成的一系列影響，從而提前設(shè)計(jì)好方案，排除優(yōu)化工作對(duì)管道造成的干擾和不利影響。

5 結(jié)語

總而言之，房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化是其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中必不可少的步驟。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化并不是死摳鋼筋混凝土，而是讓結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更符合實(shí)際的客觀條件和受力特性，更為合理，更加美觀。所有的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化不應(yīng)以犧牲安全性為條件，而應(yīng)以保證結(jié)構(gòu)安全為要。在此基礎(chǔ)上，大膽創(chuàng)新，細(xì)致分析，不斷精進(jìn)，通過結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的核心價(jià)值。