結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)在建筑工程設(shè)計(jì)中的意義和應(yīng)用

薛曉飛

摘要：建筑結(jié)構(gòu)是建筑使用的基礎(chǔ)，對(duì)建筑使用安全和建筑使用功能都有非常重要的作用，但是當(dāng)前建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成本支出較大，原材料需求量大，造成建筑結(jié)構(gòu)重量較大，影響建筑的質(zhì)量穩(wěn)定與安全。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要遵循科學(xué)性和經(jīng)濟(jì)性的原則，從材料、設(shè)備、高度、層數(shù)、結(jié)構(gòu)等多個(gè)方面進(jìn)行優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)成本的最大化利用，節(jié)約施工成本，在質(zhì)量安全的前提下，提升企業(yè)的根本利益。基于此，本篇文章對(duì)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)在建筑工程設(shè)計(jì)中的意義和應(yīng)用進(jìn)行研究，以供參考。

關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì);建筑工程設(shè)計(jì);應(yīng)用

引言

近年來(lái)，我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，人民生活水平不斷提高，對(duì)建筑工程的安全性、穩(wěn)定性、美觀性以及節(jié)能環(huán)保性能都提出了新的要求，因此，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作中，也要以綠色建筑的發(fā)展理念為指導(dǎo)，通過(guò)技術(shù)優(yōu)化提升建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的水平和質(zhì)量。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員應(yīng)嚴(yán)格遵守相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范要求，科學(xué)運(yùn)用優(yōu)化技術(shù)，對(duì)建筑整體結(jié)構(gòu)、平面結(jié)構(gòu)、承重結(jié)構(gòu)以及細(xì)部結(jié)構(gòu)等各個(gè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)進(jìn)行技術(shù)優(yōu)化，同時(shí)，應(yīng)根據(jù)新型建筑給排水以及電氣系統(tǒng)的要求對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，以適應(yīng)現(xiàn)代建筑多元化功能的要求。此外，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)優(yōu)化中，還應(yīng)充分考慮建筑外觀的美觀性等因素，進(jìn)一步優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，推動(dòng)我國(guó)建筑行業(yè)向綠色可持續(xù)性發(fā)展方向升級(jí)轉(zhuǎn)型。

1結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的意義

不管是民用建筑還是工業(yè)建筑，建筑的安全性都直接關(guān)乎著使用者的人身安全和財(cái)產(chǎn)安全，所以，建筑的安全性也從來(lái)都是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要守住的最底線。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，安全性是設(shè)計(jì)人員需要堅(jiān)持的最基本的原則，在此基礎(chǔ)上綜合考慮各方面的限制因素，提高設(shè)計(jì)的其他指標(biāo)，如經(jīng)濟(jì)性等。一直以來(lái)，結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的概念給人們?cè)斐傻睦斫庹`區(qū)是結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)就是一味地追求材料最省、經(jīng)濟(jì)最優(yōu)，甚至不惜犧牲結(jié)構(gòu)的安全性。建筑具備很多功能，都是為滿足人們居住和生產(chǎn)而存在的。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、工業(yè)技術(shù)的進(jìn)度、人們物質(zhì)水平的提高，人們對(duì)不管是民用建筑還是工業(yè)建筑都提出了更高的要求，這也就對(duì)建筑工程的設(shè)計(jì)提出了更高的要求。建筑的功能性最主要是體現(xiàn)在建筑方案上，而結(jié)構(gòu)方案則直接決定了建筑方案的可行性，二者相互制約又相互促進(jìn)，所以，一個(gè)優(yōu)秀的設(shè)計(jì)方案是二者相互協(xié)調(diào)統(tǒng)一的產(chǎn)物。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中同樣蘊(yùn)含著別樣的力學(xué)之美，其絕非是簡(jiǎn)單的材料堆砌。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中綜合考慮地質(zhì)、氣候環(huán)境、建筑荷載，通過(guò)合理的結(jié)構(gòu)體系和構(gòu)件布置，完成建筑需要提供的功能和建筑想要表達(dá)的效果。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案不僅包含結(jié)構(gòu)體系和構(gòu)件布置，也包含項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中選取的施工應(yīng)用技術(shù)。施工過(guò)程中需要選擇與結(jié)構(gòu)體系和構(gòu)件布置相對(duì)應(yīng)的技術(shù)手段，這影響著施工的難易程度和施工進(jìn)度，進(jìn)而影響著施工工程造價(jià)。結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的重要目標(biāo)之一正是提高結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的合理化水平，進(jìn)而可以在很大程度上提高建筑整體的經(jīng)濟(jì)性。

2建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題

在設(shè)計(jì)建筑結(jié)構(gòu)的過(guò)程中，需要從中心、重心以及形心方面，對(duì)其剛度、整體結(jié)構(gòu)以及幾何結(jié)構(gòu)予以重點(diǎn)關(guān)注。建筑結(jié)構(gòu)之所以會(huì)出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)問(wèn)題的原因是在設(shè)計(jì)建筑剛度、整體結(jié)構(gòu)及幾何結(jié)構(gòu)的過(guò)程中，沒(méi)有重合其中心，重心以及形心，進(jìn)而導(dǎo)致在水平方向?qū)ㄖ┘訅毫?，?dǎo)致了扭轉(zhuǎn)問(wèn)題的出現(xiàn)。因此，設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中，需要盡可能的在平面進(jìn)行合理的布局設(shè)計(jì)，以此來(lái)使扭轉(zhuǎn)問(wèn)題在建筑物中的出現(xiàn)，能夠得到一定的避免或預(yù)防，使建筑剛度，整體結(jié)構(gòu)以及幾何結(jié)構(gòu)的重心、中心以及形心能夠保持重合。目前，我國(guó)在地上和地下為大部分建筑物配置了兩層結(jié)構(gòu)，因此，通常來(lái)說(shuō)，都會(huì)選擇在地下室頂板部位，對(duì)建筑物進(jìn)行嵌固。在設(shè)置嵌固端的過(guò)程中，負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)建筑結(jié)構(gòu)的人員通常沒(méi)有對(duì)此類問(wèn)題給后期施工帶來(lái)的影響予以關(guān)注。因此，導(dǎo)致在建設(shè)建筑物的過(guò)程中，由于所設(shè)置的嵌固端并不合理，需要頻繁修改設(shè)計(jì)方案，進(jìn)而導(dǎo)致安全隱患在建筑物中的遺留。

3建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中技術(shù)優(yōu)化要點(diǎn)分析

3.1建筑整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)優(yōu)化

建筑工程整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作的核心環(huán)節(jié)，其設(shè)計(jì)質(zhì)量和水平將對(duì)建筑工程結(jié)構(gòu)的抗側(cè)能力、抗震能力以及對(duì)資源的消耗程度等產(chǎn)生重要的影響，因此，在設(shè)計(jì)實(shí)踐中應(yīng)不斷總結(jié)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，按照設(shè)計(jì)規(guī)范要求對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行技術(shù)優(yōu)化。目前，在建筑國(guó)內(nèi)工程整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中大多采用的是框架結(jié)構(gòu)、短肢剪力墻結(jié)構(gòu)以及框剪結(jié)構(gòu)等結(jié)構(gòu)類型，其中框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要采用較大截面的墻柱結(jié)構(gòu)，會(huì)影響建筑工程內(nèi)部空間的利用率。而短肢剪力墻結(jié)構(gòu)對(duì)建筑材料的消耗相對(duì)較少，且能夠有效提高建筑工程整體結(jié)構(gòu)的抗震性能?？蚣艚Y(jié)構(gòu)則能夠廣泛適應(yīng)多種環(huán)境條件下的建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求，且其抗側(cè)性能以及抗震性能較為突出。不同的建筑工程結(jié)構(gòu)形式的性能特點(diǎn)存在一定的差異，設(shè)計(jì)人員應(yīng)根據(jù)建筑工程的具體情況，通過(guò)對(duì)各項(xiàng)影響因素的綜合分析對(duì)建筑工程整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行技術(shù)優(yōu)化，以提高建筑結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性，降低工程造價(jià)，使建筑工程項(xiàng)目能夠?qū)崿F(xiàn)更大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。

3.2材料利用優(yōu)化

要實(shí)現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化的目的，最簡(jiǎn)單的方法就是降低成本，用較低的建筑成本來(lái)?yè)Q取較高的利潤(rùn)。在建筑結(jié)構(gòu)中，建筑材料作為重中之重，是建筑結(jié)構(gòu)中的重要組成部分，是建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化的關(guān)鍵。所以這就需要相關(guān)的工作人員結(jié)合實(shí)際情況，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理的分析，考慮建筑周圍環(huán)境因素的影響，來(lái)選擇性能和價(jià)格都合適的建筑材料。舉個(gè)例子，在建筑結(jié)構(gòu)中常見的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，混凝土構(gòu)造柱是主要的抗壓部位，所以在建筑材料的選擇中，應(yīng)該選擇抗壓能力強(qiáng)的混凝土，在澆筑混凝土構(gòu)造柱的時(shí)候有意識(shí)地減少混凝土構(gòu)造的橫截面積，減少混凝土構(gòu)造柱的質(zhì)量，增加建筑內(nèi)部的活動(dòng)空間。

3.3融合信息技術(shù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化

傳統(tǒng)的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)已經(jīng)無(wú)法全面滿足現(xiàn)代建筑的需求，建筑工程項(xiàng)目需要進(jìn)行分析的數(shù)據(jù)較多，人工分析會(huì)出現(xiàn)很多漏洞。因此加強(qiáng)信息技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，通過(guò)BIM系統(tǒng)進(jìn)行前期的建筑模型設(shè)計(jì)，將建筑結(jié)構(gòu)和整體建筑群之間的距離進(jìn)行分析，實(shí)現(xiàn)建筑工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)合理性與可行性，融合工程造價(jià)技術(shù)進(jìn)行成本預(yù)算的精準(zhǔn)化控制。設(shè)計(jì)部門通過(guò)CAD進(jìn)行建筑平面結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)的標(biāo)注，再通過(guò)3D模型的設(shè)計(jì)進(jìn)行施工預(yù)演，分析施工的可行性，針對(duì)性的進(jìn)行設(shè)計(jì)方案的修改，避免施工階段出現(xiàn)較為嚴(yán)重的設(shè)計(jì)變更，實(shí)現(xiàn)建筑設(shè)計(jì)的精準(zhǔn)化。

結(jié)束語(yǔ)

在現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作中，應(yīng)運(yùn)用現(xiàn)代化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念以及先進(jìn)的技術(shù)手段對(duì)建筑結(jié)構(gòu)主體、平面、細(xì)部以及各相關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)進(jìn)行優(yōu)化。同時(shí)，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中還應(yīng)結(jié)合現(xiàn)代電氣系統(tǒng)技術(shù)要求、給排水系統(tǒng)技術(shù)要求等優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，完善建筑功能。此外，現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)還應(yīng)充分考慮建筑外觀美觀性要求等要素，通過(guò)對(duì)設(shè)計(jì)方案的技術(shù)優(yōu)化全面提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的水平和質(zhì)量，使建筑工程更加安全、穩(wěn)定、美觀且具有較高的經(jīng)濟(jì)性和美觀性，從而推動(dòng)我國(guó)建筑行業(yè)的現(xiàn)代化發(fā)展。

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