建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究

郭澤朋

摘 要： 經(jīng)濟(jì)在快速發(fā)展，社會(huì)在不斷進(jìn)步，房屋建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)不僅要滿足設(shè)計(jì)的要求，同時(shí)還要滿足人們對(duì)建筑使用功能中舒適度、安全度的需求。在房屋建筑中，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法至關(guān)重要，也是滿足建筑使用功能的前提條件?；诖?，本文以文獻(xiàn)對(duì)比法和實(shí)踐分析法，對(duì)房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中優(yōu)化方法的具體內(nèi)容進(jìn)行介紹，并借助實(shí)踐提煉出結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法在房屋建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用策略，供參考。

關(guān)鍵詞： 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化;房屋建筑;結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);應(yīng)用

【中圖分類號(hào)】TU318 ? ? 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A ? ? 【DOI】10.12215/j.issn.1674-3733.2020.26.057

引言：隨著經(jīng)濟(jì)的不斷快速發(fā)展，我國(guó)城市化進(jìn)程的推進(jìn)速度也在不斷加快，對(duì)建筑物提出的建設(shè)要求越來(lái)越高。建筑行業(yè)雖然整體發(fā)展形勢(shì)相對(duì)比較良好，但是由于當(dāng)前我國(guó)土地資源已經(jīng)處于非常緊張的狀態(tài)，很多地區(qū)的土地資源已經(jīng)逐漸呈現(xiàn)出供不應(yīng)求的狀態(tài)，對(duì)于現(xiàn)代建筑行業(yè)而言，為了能夠有效應(yīng)對(duì)這一客觀因素帶來(lái)的影響，逐漸將建筑建設(shè)方向的重點(diǎn)由多層建筑向建筑方面轉(zhuǎn)變。

1 建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)在實(shí)際工程中的意義

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化無(wú)論在房屋建筑工程還是市政道路等工程中都具有復(fù)雜性、多變性特點(diǎn)，優(yōu)化結(jié)果的實(shí)現(xiàn)需要多個(gè)專業(yè)協(xié)調(diào)合作、共同努力。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化結(jié)果不僅關(guān)系到建筑整體使用功能，同時(shí)也關(guān)系到建筑的經(jīng)濟(jì)性。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化結(jié)果的出現(xiàn)，不僅要保證建筑整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全性，同時(shí)也符合建筑外觀設(shè)計(jì)需求。對(duì)于房屋建筑來(lái)說(shuō)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化還應(yīng)將實(shí)用性、人文關(guān)懷緊密結(jié)合在一起，這對(duì)提升人們的居住質(zhì)量，提升建筑的居住功能具有重要意義。

2 房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程的優(yōu)化

2.1 完善建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的性能

第一，應(yīng)確保建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的穩(wěn)定性。穩(wěn)定性是所有建筑物最關(guān)鍵的性能指標(biāo)，為了提升建筑物的穩(wěn)定性，需考慮很多注意事項(xiàng)，其中，有效地進(jìn)行嵌固端、短肢剪力墻的設(shè)置非常重要;第二，有效地控制建筑結(jié)構(gòu)的水平力，對(duì)于建筑而言，在某一平面的水平方向，建筑結(jié)構(gòu)受風(fēng)荷載、地震荷載以及各荷載之間的組合作用影響，易導(dǎo)致建筑物在水平方向發(fā)生很大的位移，所以，在設(shè)計(jì)的時(shí)候，設(shè)計(jì)師需科學(xué)地進(jìn)行建筑物高度的設(shè)置，更好地對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)的水平力加以控制。

2.2 地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)優(yōu)化

從造價(jià)角度考慮，在確保承載力滿足計(jì)算要求的前提下，應(yīng)優(yōu)先選用天然地基，當(dāng)天然地基不能滿足要求時(shí)，可以依次采用CFG樁復(fù)合地基、預(yù)應(yīng)力混凝土管樁、鋼筋混凝土鉆孔灌注樁。一般情況下，CFG樁復(fù)合地基造價(jià)是預(yù)應(yīng)力混凝土管樁的40%～80%，鋼筋混凝土鉆孔灌注樁造價(jià)是預(yù)應(yīng)力混凝土管樁的1.1倍～1.3倍。高層住宅一般采用平板式筏板基礎(chǔ)，不宜采用肋梁式筏基。

2.3 現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案科學(xué)合理性選擇

現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)在涉及以及具體建設(shè)過(guò)程中，結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性，將會(huì)直接對(duì)整個(gè)建筑物的質(zhì)量產(chǎn)生影響，尤其是建筑的層數(shù)很多、高度較高，所以對(duì)結(jié)構(gòu)的要求也比較高。在對(duì)現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化時(shí)，設(shè)計(jì)人員首先要做的一點(diǎn)就是要對(duì)建筑結(jié)構(gòu)自身在使用過(guò)程中的性質(zhì)進(jìn)行深入的分析。同時(shí)還要對(duì)其中各種不同的變量等因數(shù)進(jìn)行掌握和了解，這樣才能夠從中找到符合實(shí)際要求的設(shè)計(jì)方法，比如當(dāng)前比較常用的設(shè)計(jì)方法有直接優(yōu)化方法和間接優(yōu)化方法。在對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行制定和具體選擇利用時(shí)，要想保證建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的有效性和科學(xué)性，就必須要對(duì)其中各項(xiàng)因素、指標(biāo)進(jìn)行深入的分析。但是在與實(shí)際情況進(jìn)行結(jié)合分析時(shí)，發(fā)現(xiàn)數(shù)學(xué)解析方法在其中的應(yīng)用，無(wú)法將目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確有效的表達(dá)，所以也無(wú)法通過(guò)極小值求解的方式，從中獲取到最符合實(shí)際情況的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。針對(duì)這一問(wèn)題，在對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化時(shí)，一般會(huì)直接利用直接優(yōu)化方法。該方法在應(yīng)用時(shí)，主要是指在經(jīng)過(guò)一系列的測(cè)算和分析之后，能夠達(dá)到目標(biāo)值的基本要求，同時(shí)還能夠?qū)崿F(xiàn)目標(biāo)函數(shù)最優(yōu)值的選擇和利用。通過(guò)這種方式在其中科學(xué)合理的落實(shí)，能夠保證現(xiàn)代高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)得到優(yōu)化和完善。

2.4 在建筑結(jié)構(gòu)抗震性能優(yōu)化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

建筑抗震設(shè)計(jì)是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的重點(diǎn)，也是提升建筑設(shè)計(jì)質(zhì)量、使用功能的基本需求。因此在建筑抗震設(shè)計(jì)中，一定要在設(shè)計(jì)理念和思想上得到充分的重視，加強(qiáng)對(duì)抗震設(shè)計(jì)的合理科學(xué)研究，并提升房屋建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)及其使用性能的穩(wěn)定性，需重點(diǎn)注意的是，在抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化中，應(yīng)做到簡(jiǎn)約化、高效化、均勻?qū)ΨQ性。對(duì)于抗震性能高的建筑結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，首先要具備一定的使用規(guī)則，盡量減少凸角結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，避免抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的復(fù)雜化。建筑結(jié)構(gòu)平面布置不規(guī)則的情況下，由于地震的作用會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生一定程度的扭矩效應(yīng)，因此要注意偏離結(jié)構(gòu)剛心遠(yuǎn)端抗震墻或框架柱承載力的驗(yàn)算。此外，在不對(duì)稱建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)中，要確保結(jié)構(gòu)平面布置結(jié)構(gòu)的剛心和質(zhì)心相重合，以避免或減小地震所產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。

2.5 有效地利用計(jì)算簡(jiǎn)圖

計(jì)算簡(jiǎn)圖是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中有力的數(shù)據(jù)依據(jù)，設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，往往涉及構(gòu)件尺寸、配筋率、建筑高度的確定等實(shí)際問(wèn)題，以上問(wèn)題的解決必須依靠準(zhǔn)確的計(jì)算。而計(jì)算相關(guān)的內(nèi)容，需要有效地選擇、利用計(jì)算簡(jiǎn)圖，保證相關(guān)的計(jì)算模型，或者計(jì)算簡(jiǎn)圖與工程實(shí)際情況相符。因建筑物對(duì)結(jié)構(gòu)的抗震能力、荷載承受力及其他功能與功能提出較高的要求，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也是一項(xiàng)極為繁瑣、細(xì)致的工程，設(shè)計(jì)師在選擇計(jì)算簡(jiǎn)圖的時(shí)候是很困難的，一定要全面考慮建筑結(jié)構(gòu)的制約因素，合理地選擇計(jì)算簡(jiǎn)圖，進(jìn)而全方位、立體化地確保計(jì)算流程及數(shù)據(jù)結(jié)果的精度。

2.6 在建筑地下部分結(jié)構(gòu)優(yōu)化中的應(yīng)用

房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化進(jìn)程中，地下部分設(shè)計(jì)至關(guān)重要，對(duì)整體結(jié)構(gòu)的混凝土量和鋼筋量都影響較大。地下室部分一般設(shè)計(jì)情況比較復(fù)雜，地下部分的造價(jià)受地下室層數(shù)、是否為人防地下室、地下室頂板覆土厚度、是否考慮消防車荷載和地下水位等因素影響，設(shè)計(jì)主材用量差異比較大，因此，建筑地下部分結(jié)構(gòu)優(yōu)化只能是在保證安全可靠性的前提下，盡量減少不利因素。降低地下室層高，減少地下室層數(shù)，可以有效減少土方開(kāi)挖量，降低成本;合理布置地下室柱網(wǎng)跨度和主次梁的布置方式，盡量把上部結(jié)構(gòu)的嵌固部位放到地下室頂板，優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性，減少主材用量;人防地下室頂板采用塑性計(jì)算方式，計(jì)算裂縫撓度時(shí)不考慮人防和消防車荷載，都是通過(guò)計(jì)算參數(shù)細(xì)節(jié)的調(diào)整，達(dá)到安全性和經(jīng)濟(jì)性同時(shí)滿足。

結(jié)語(yǔ)：建筑已經(jīng)逐漸成為現(xiàn)階段以及未來(lái)建筑行業(yè)的主要發(fā)展趨勢(shì)，為了保證建筑的質(zhì)量，必須要保證結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的科學(xué)性和合理性。同時(shí)，在對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方案進(jìn)行制定和實(shí)施時(shí)，要對(duì)重點(diǎn)部位給予更多的關(guān)注，同時(shí)還要引進(jìn)和利用一些先進(jìn)的材料、技術(shù)，這樣才能夠保證現(xiàn)代高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化水平的有效提升。

參考文獻(xiàn)

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