建筑工程項(xiàng)目結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)控制的技術(shù)方法

皮鵬程

【摘要】對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，可以預(yù)防安全隱患的發(fā)生，還能確保房屋建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化搭配，保證建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，節(jié)約工程成本，不僅可以提高建筑結(jié)構(gòu)的外觀性能，還能提高房屋建筑的內(nèi)部構(gòu)造質(zhì)量。

【關(guān)鍵詞】建筑工程;布局優(yōu)化;地下室優(yōu)化;邊緣構(gòu)件;細(xì)部?jī)?yōu)化

通過(guò)建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，一方面是提高建筑的整體安全性，另一方面是提高設(shè)計(jì)產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)性，有效降低工程造價(jià)實(shí)現(xiàn)效益的最大化。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，可通過(guò)設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化，包括結(jié)構(gòu)選型、布置優(yōu)化以及精細(xì)設(shè)計(jì)和準(zhǔn)確的計(jì)算等來(lái)優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)。

1、建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)原則

在當(dāng)下建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)主要圍繞下述幾方面的原則：首先，安全設(shè)計(jì)原則。安全是建筑結(jié)構(gòu)的第一要素，設(shè)計(jì)人員在建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)需要將安全作為首要目標(biāo)，不能為了降低成本而刻意簡(jiǎn)化建筑結(jié)構(gòu)，影響建筑結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性;其次，功能性設(shè)計(jì)原則。在當(dāng)下大眾對(duì)于建筑功能有著較多的要求，因此在具體的優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員需要結(jié)合大眾需求，盡可能設(shè)計(jì)出一個(gè)功能豐富、實(shí)用的建筑結(jié)構(gòu)，從而為建筑使用者提供更好的功能性服務(wù)。最后經(jīng)濟(jì)設(shè)計(jì)原則。對(duì)于建筑施工企業(yè)來(lái)說(shuō)，降低房建成本，提高經(jīng)濟(jì)效益對(duì)于其發(fā)展有著極其重要的意義和作用，因此在建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員要在不影響建筑安全性和穩(wěn)定性的前提下，優(yōu)化相關(guān)建筑結(jié)構(gòu)，減少材料使用和成本投入，不斷提高房建工程的經(jīng)濟(jì)效益。

2、建筑工程項(xiàng)目結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)控制的技術(shù)方法

2.1結(jié)構(gòu)布局優(yōu)化

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要考慮建筑的使用，科學(xué)的布局和合理的設(shè)計(jì)提高工程的整體性能。具體可以從以下三個(gè)方面入手：

（1）選擇合適的結(jié)構(gòu)體系。根據(jù)建筑層數(shù)、抗震設(shè)防類別、設(shè)防烈度，選擇合適的結(jié)構(gòu)體系，布置水平和豎向承重構(gòu)件;

（2）優(yōu)化平面布置。建筑結(jié)構(gòu)平面宜簡(jiǎn)單、規(guī)則，減少結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)，不超限，剪力墻盡量對(duì)齊;

（3）優(yōu)化豎向布置。豎向傳力路徑應(yīng)明確，豎向宜布置規(guī)則，盡量避免轉(zhuǎn)換層，尤其是要避免高位轉(zhuǎn)換。

2.2地下室設(shè)計(jì)優(yōu)化

通過(guò)地下室設(shè)計(jì)成本的綜合考慮，使無(wú)梁樓蓋大量應(yīng)用于地下室頂板。無(wú)梁樓蓋結(jié)構(gòu)傳力途徑的簡(jiǎn)化，現(xiàn)澆梁板樓蓋導(dǎo)荷方式：樓板→次梁（或無(wú)）→框架梁→框架柱;現(xiàn)澆無(wú)梁樓蓋導(dǎo)荷方式：樓板→柱帽（或無(wú)）→框架柱，結(jié)構(gòu)材料能夠直接放置在最直接的部位提升傳力效率，也正是這種傳力途徑使得樓板與柱連接部位（柱帽）成為冗余度最少，成為直接影響安全的關(guān)鍵部位。無(wú)梁樓蓋的板柱節(jié)點(diǎn)抗沖切能力弱、呈脆性破壞形式，突發(fā)破壞難以預(yù)警，屬關(guān)鍵性結(jié)構(gòu)構(gòu)件，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)須重點(diǎn)關(guān)注沖切承載力復(fù)核工作。復(fù)核沖切承載力時(shí)，要特別注意不平衡彎矩對(duì)剪應(yīng)力的增大影響，通常地下車庫(kù)距外墻第一跨框架柱柱帽節(jié)點(diǎn)所承受的不平衡彎矩較大，剪應(yīng)力增加約15%～20%。通過(guò)工程經(jīng)驗(yàn)對(duì)覆土厚度為1.0m的雙向柱距為8.4m左右地下車庫(kù)頂板樓蓋分析歸納，柱帽總高度約為600～750mm左右，若柱帽高度遠(yuǎn)小于該值，則設(shè)計(jì)人員應(yīng)引起足夠重視，手工復(fù)核驗(yàn)算板柱節(jié)點(diǎn)的抗沖切承載能力。且業(yè)內(nèi)專業(yè)人士不建議柱帽作為暗梁的加腋考慮，如果柱帽作為暗梁的加腋，則柱帽在承受沖切力的同時(shí)又要考慮梁腋的應(yīng)力，使得該節(jié)點(diǎn)的受力狀態(tài)變得更加復(fù)雜。柱帽對(duì)暗梁的加腋作用可作為安全儲(chǔ)備，適當(dāng)提高結(jié)構(gòu)承載能力冗余度。

2.3剪力墻邊緣構(gòu)件優(yōu)化

結(jié)構(gòu)規(guī)范中明確做出規(guī)定，剪力墻兩段及洞口兩側(cè)應(yīng)設(shè)置邊緣構(gòu)件，按規(guī)范中指出的邊緣構(gòu)件的設(shè)計(jì)構(gòu)造要求中可以推出：高層剪力墻建筑中，剪力墻邊緣構(gòu)件用鋼量約占建筑總用鋼量的5%以上，所以，對(duì)于邊緣構(gòu)件的優(yōu)化設(shè)計(jì)對(duì)建筑含鋼量的控制起到了決定性的作用。

剪力墻平面布置應(yīng)在滿足建筑條件和使用功能的前提下，盡量布置較長(zhǎng)墻肢，減少短肢剪力墻的使用，這樣可以增加單片墻肢的抗側(cè)能力，也減少了剪力墻數(shù)量，也就是減少了邊緣構(gòu)件的數(shù)量。合理控制剪力墻的高寬比，使墻體配筋為構(gòu)造配筋控制，而非內(nèi)力控制。這樣可以使墻體本身和邊緣構(gòu)件盡可能控制在最小配筋率。

常用的剪力墻邊緣構(gòu)件截面形狀可以分為：T形截面、矩形截面、L形截面。不同的邊緣構(gòu)件截面暗柱的配筋面積也相差很大。所以，滿足抗震性能要求的情況下，合理布置剪力墻邊緣構(gòu)件，可以有效控制剪力墻用鋼量，降低造價(jià)。

2.4結(jié)構(gòu)細(xì)部和局部?jī)?yōu)化

除了要做好對(duì)房屋建筑結(jié)構(gòu)的整體優(yōu)化設(shè)計(jì)外，還需要結(jié)合結(jié)構(gòu)細(xì)部和局部來(lái)進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化設(shè)計(jì)。比如在異形板劃分時(shí)，需要做好對(duì)矩形板的合理劃分，提高其受力均勻性，避免拐角處產(chǎn)生裂縫。同時(shí)對(duì)于底部框架抗震墻，由于為了保證建筑結(jié)構(gòu)承載力，所以箍筋配箍量相對(duì)較多，此時(shí)就可以利用鋼筋，來(lái)減少和降低箍筋直徑和用量，并且還有助于降低成本支出，加快工程進(jìn)度和提高工程質(zhì)量。此外，對(duì)于結(jié)構(gòu)柱，則可以通過(guò)提高施工所用混凝土強(qiáng)度來(lái)減少結(jié)構(gòu)柱尺寸，這樣既能夠滿足相關(guān)受力標(biāo)準(zhǔn)，并且還有助于減少混凝土用量。

2.5鋼筋型號(hào)的優(yōu)選

目前，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)住宅建設(shè)中，普遍應(yīng)用的鋼筋型主要有HRB300，HRB335，HPB400，HRB500。采用高強(qiáng)度的鋼筋可以節(jié)省鋼材，比如HRB500與HRB400型號(hào)的鋼筋抗拉強(qiáng)度的比值為1.2，采用HRB500比采用HRB400型的鋼筋最多可以節(jié)約20%的鋼筋用量。而兩種鋼筋型號(hào)價(jià)格相差不多。從構(gòu)造方面來(lái)說(shuō)，高強(qiáng)度鋼筋也有利于材料。比如，框架梁縱向的手拉鋼筋最小配筋率和鋼筋抗拉強(qiáng)度成反比，鋼筋強(qiáng)度越大隨之配筋率越小。所以，采用高強(qiáng)鋼筋可以降低鋼筋用量，節(jié)約成本。

結(jié)語(yǔ)：

綜上，建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)是為了完成既定的建設(shè)目標(biāo)對(duì)工程結(jié)構(gòu)提出了優(yōu)化方案的設(shè)計(jì)方法，將各種先進(jìn)的技術(shù)結(jié)合起來(lái)使設(shè)計(jì)方案更加完善，使最終的建筑結(jié)構(gòu)不僅滿足基本使用功能，而且還提高了空間利用率、提高了對(duì)材料的利用，更加滿足宜居的要求。在建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化過(guò)程中，除了要對(duì)方案進(jìn)行完善，還要對(duì)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)、整體布局以及抗震設(shè)計(jì)等進(jìn)行優(yōu)化，才能使打造出來(lái)的建筑更具有安全性、耐用性和經(jīng)濟(jì)性的特點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]潘猛伯.房屋建筑工程結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)分析[J].門窗，2019（07）：116.

[2]楊鵬鵬.結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)在房屋建筑中的應(yīng)用[J].建材與裝飾，2019（09）：118-119.

[3]任志青.房屋建筑工程結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)探究[J].河南建材，2019（01）：146-148.

[4]謝曉杰.淺談房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].居舍，2018（36）：96-97.