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      房屋建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究

      2024-08-10 00:00:00秦家軍
      佛山陶瓷 2024年7期

      摘 要:在本文的研究活動中,針對房屋建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)價值展開分析,討論了房屋建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)原則,包括節(jié)能性原則、適宜性原則、美觀性原則、經(jīng)濟(jì)性原則等,分析了房屋建筑地基基礎(chǔ)、樓板結(jié)構(gòu)、梁結(jié)構(gòu)、柱結(jié)構(gòu)、剪力墻、電氣系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)、安全結(jié)構(gòu)、整體布局等環(huán)節(jié)的優(yōu)化設(shè)計(jì)要點(diǎn),其目的在于提高房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量,減少施工時的施工變更問題。

      關(guān)鍵詞:房屋建筑;適宜性;經(jīng)濟(jì)性

      1 前言

      所謂房屋建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)是指,在已有建筑工程施工基礎(chǔ)上,將美學(xué)、藝術(shù)、安全等理論融入設(shè)計(jì)中,以此來提高房屋建筑建設(shè)內(nèi)容的舒適性、美觀性與實(shí)用性?;谙嚓P(guān)應(yīng)用原則,做好房屋建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)內(nèi)容的整理工作,以此來提高設(shè)計(jì)方案的可行性與合理性。

      2房屋建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)價值

      房屋建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)擁有以下價值:

      (1)提高建筑資源利用率。進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)時,會對作業(yè)區(qū)域基礎(chǔ)資料、當(dāng)?shù)亟ㄖ袌鲑Y料進(jìn)行整理,根據(jù)綜合分析結(jié)果來優(yōu)化設(shè)計(jì)方案,從而為建筑材料、施工設(shè)備、施工技術(shù)等內(nèi)容的選擇和應(yīng)用提供可靠指導(dǎo),在保證建筑工程作業(yè)質(zhì)量的同時,提高建筑資源利用率。

      (2)保證建筑工程安全性。在BIM技術(shù)輔助下,能夠建立建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模型,依托模型來完成結(jié)構(gòu)間的受力分析,并可以據(jù)此來分析房屋建筑結(jié)構(gòu)可靠性,以此來提高建筑工程的安全性。

      (3)降低工程整體造價。在項(xiàng)目競爭激烈程度不斷提高的背景下,如何在保證項(xiàng)目施工質(zhì)量的同時減少工程造價,也成為施工企業(yè)需重點(diǎn)關(guān)注的內(nèi)容。房屋建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)活動的進(jìn)行,能夠通過綜合分析結(jié)果來細(xì)化設(shè)計(jì)內(nèi)容,以此來降低工程造價,提高施工企業(yè)的經(jīng)濟(jì)利潤空間。

      3房屋建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)原則

      3.1節(jié)能性原則

      在結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)活動中,應(yīng)遵循節(jié)能性原則,該原則集中體現(xiàn)在以下幾個方面:

      (1)進(jìn)行施工材料選擇時,需要在滿足質(zhì)量性、安全性、功能性的基礎(chǔ)上,做好節(jié)能材料的選擇與應(yīng)用,以此來保證整個建筑工程設(shè)計(jì)結(jié)果的節(jié)能性。

      (2)在施工技術(shù)選擇階段,也需考慮技術(shù)的節(jié)能環(huán)保性,同時在技術(shù)選擇時,還需要綜合考慮各項(xiàng)技術(shù)之間的協(xié)調(diào)性與匹配性,以此來降低技術(shù)應(yīng)用時產(chǎn)生的污染與能耗,提高施工結(jié)果的節(jié)能環(huán)保特性。

      (3)房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時,還需要從全局角度來引入綠色環(huán)保理念,對于細(xì)節(jié)上的內(nèi)容進(jìn)行不斷優(yōu)化,提高自然與建筑物之間的協(xié)調(diào)性,以此來降低設(shè)計(jì)方案落實(shí)過程中產(chǎn)生的污染問題。

      3.2適宜性原則

      不同地域因日照強(qiáng)度、夏季主風(fēng)向、最大風(fēng)力等參數(shù)而存在差異,因此在房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)內(nèi)容上也會出現(xiàn)一定差異?;诖?,在整個房屋建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中,需秉持適宜性原則展開設(shè)計(jì)。該原則在實(shí)踐中需注意以下內(nèi)容:

      (1)在對施工材料進(jìn)行選擇時,需綜合分析地域因素、市場因素、建筑風(fēng)格等內(nèi)容,基于綜合分析結(jié)果來篩選配套的施工材料,從而提高所選材料的適宜性與合理性。

      (2)在施工技術(shù)選擇階段,也需考慮地方抗震強(qiáng)度要求、容積率要求等內(nèi)容,據(jù)此來篩選出最為適合的施工技術(shù),保證施工技術(shù)最終的應(yīng)用效果。

      3.3美觀性原則

      從目前的發(fā)展情況來看,人們對于房屋建筑外形設(shè)計(jì)的要求也在提高,這也要求設(shè)計(jì)人員在應(yīng)用中,能夠在保證房屋建筑結(jié)構(gòu)安全性和質(zhì)量性的基礎(chǔ)上,提高整個房屋工程的美觀性。該原則在落實(shí)過程中,需要設(shè)計(jì)人員針對房屋建筑業(yè)主的相關(guān)需求進(jìn)行記錄,圍繞此項(xiàng)內(nèi)容做好配套信息采集工作,包括房屋建筑外形要求、市場建筑物發(fā)展趨勢等,依托信息技術(shù)提供的便利條件,搭建配套的房屋建筑設(shè)計(jì)方案,以此來保證外形設(shè)計(jì)內(nèi)容的合理性。

      3.4經(jīng)濟(jì)性原則

      在國內(nèi)建筑領(lǐng)域發(fā)展進(jìn)程持續(xù)加快的背景下,房屋建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)內(nèi)容在整體上呈現(xiàn)出較大的發(fā)展趨勢,同時,有關(guān)房屋建筑的投資金額也處于不斷增加的狀態(tài),進(jìn)而增加金融風(fēng)險發(fā)生概率。目前有關(guān)房屋建筑工程的建設(shè)過程,主要通過招投標(biāo)的方式來籌集資金,很容易帶來工程造價失控風(fēng)險?;诖?,在整個房屋建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)活動中,設(shè)計(jì)人員需重點(diǎn)關(guān)注此類內(nèi)容,結(jié)合工程所在區(qū)域的實(shí)際情況,積極引入各類應(yīng)對措施,以此來保證整個房屋建筑工程設(shè)計(jì)內(nèi)容的經(jīng)濟(jì)價值,從根源上提高房屋建筑工程成本控制水平。

      4房屋建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)要點(diǎn)

      4.1地基基礎(chǔ)

      在房屋建筑工程中,地基基礎(chǔ)屬于重要組成部分,這也是整個建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)固性的重要保障。

      首先,設(shè)計(jì)人員需要對各類建設(shè)指標(biāo)進(jìn)行充分梳理,基于現(xiàn)場實(shí)際情況,獲取完整的勘測數(shù)據(jù),包括土質(zhì)數(shù)據(jù)、地層數(shù)據(jù)、地下水?dāng)?shù)據(jù)等?;诘刭|(zhì)勘測結(jié)果,綜合分析該區(qū)域的基礎(chǔ)性能,了解區(qū)域地質(zhì)結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài),以此來提高地基安全設(shè)計(jì)內(nèi)容的安全性。其次,在對地基結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)時,需要基于數(shù)值法來整合基礎(chǔ)資料,再基于基礎(chǔ)資料分析結(jié)果,對地基結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案展開系統(tǒng)化分析,了解土體用料的各項(xiàng)屬性。同時,在數(shù)值模擬法輔助下,也能夠提高所整理數(shù)據(jù)的合理性,并可將其導(dǎo)入計(jì)算機(jī)軟件中生成三維模型,直觀展示地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)內(nèi)容。最后,依托有限元軟件,能夠搭建可靠的群樁地基方案,針對方案中的細(xì)節(jié)展開綜合化分析,做好細(xì)節(jié)優(yōu)化處理,如基于數(shù)據(jù)分析結(jié)果調(diào)整樁帽尺寸、樁體間距等內(nèi)容,以提高整個地基基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)內(nèi)容的科學(xué)性。

      4.2樓板結(jié)構(gòu)

      在對房屋建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)時,樓板(如圖1所示)也屬于重要的設(shè)計(jì)內(nèi)容,在對其進(jìn)行設(shè)計(jì)時,需綜合考慮樓板所承受的荷載情況、傳力過程等參數(shù)。在對樓板承載性能進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)時,需要綜合考慮樓板厚度和配筋率,以此來得到科學(xué)的數(shù)據(jù)計(jì)算結(jié)果。在樓板剛度設(shè)計(jì)方案中,也需要綜合分析樓板形狀與設(shè)計(jì)荷載,確保樓板在受力情況下不會出現(xiàn)較大撓度與形變。

      在具體的優(yōu)化設(shè)計(jì)中還需注意以下內(nèi)容:

      (1)科學(xué)控制樓板厚度。對于普通跨度在3.0 m~4.0 m的樓板,其厚度不能低于100 mm;針對高層建筑核心位置,樓板厚度不能低于150 mm;對于客廳當(dāng)中存在異形的位置,樓板厚度應(yīng)控制在120 mm~150 mm;房屋建筑工程的地下室頂板厚度不能低于180 mm,以保證樓板厚度的可靠性。

      (2)合理調(diào)控樓板配筋率?;趶椥岳碚搧碛?jì)算配筋率的理論值,隨后結(jié)合實(shí)際載荷來調(diào)整配筋率,從而提高樓板配筋率設(shè)計(jì)結(jié)果的科學(xué)性與合理性。

      4.3梁結(jié)構(gòu)

      在房屋建筑工程中,梁結(jié)構(gòu)(如圖2所示)屬于重要的水平結(jié)構(gòu),其主要承擔(dān)樓板、屋頂?shù)壬喜拷Y(jié)構(gòu)荷載,并且還會將部分荷載分流到其他豎向結(jié)構(gòu)處。針對梁結(jié)構(gòu)展開優(yōu)化設(shè)計(jì)時,需綜合考慮梁體荷載、綜合強(qiáng)度、應(yīng)用剛度等內(nèi)容,以此為基礎(chǔ)來優(yōu)化梁結(jié)構(gòu)的具體參數(shù)。

      基于以往實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),具體優(yōu)化活動中的要點(diǎn)如下:

      (1)科學(xué)控制梁高。根據(jù)以往施工經(jīng)驗(yàn)可以得知,梁體高度會和工程成本保持緊密聯(lián)系,通常情況下的梁體高度會控制在跨度值的1/12~1/18。針對跨度不統(tǒng)一的房屋建筑,會按照最短跨度來控制梁高。

      (2)在對框架梁進(jìn)行設(shè)計(jì)時,需要綜合考慮整個結(jié)構(gòu)的塑性調(diào)幅狀態(tài),盡量降低梁端的負(fù)彎矩,以此來保證整個結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性。同時,在整個框架設(shè)計(jì)活動中,也需要做好不合格裂縫的規(guī)避工作,降低此類問題帶來的直接影響。

      (3)在梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié),需要做好梁高空間和機(jī)電管道之間的容差設(shè)計(jì),同時需要在設(shè)計(jì)時提前預(yù)留好洞口,保證管線的順利穿過。除此之外,在整個設(shè)計(jì)活動中,也需要做好梁體布置與管線的協(xié)調(diào)管理。

      4.4柱結(jié)構(gòu)

      在對柱結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)時,需要盡量使柱結(jié)構(gòu)處于中心位置,從而減少柱結(jié)構(gòu)的偏心問題。并且,在柱結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)中,也需要根據(jù)軸壓比參數(shù)來減少配筋數(shù)量,以此來滿足“強(qiáng)柱弱梁”要求。在對縱筋進(jìn)行配置時,需要提前預(yù)留好適當(dāng)余量,使用到的角筋也需要選擇較大直徑材料,使其可以為整個結(jié)構(gòu)提供較大支撐力。

      在對箍筋進(jìn)行選擇時,需要在契合最小配筋率的基礎(chǔ)上,將Ⅰ級和Ⅲ級鋼混合在一起進(jìn)行使用,一般情況下,外圍箍筋會使用Ⅲ級鋼,而內(nèi)部箍筋則會使用Ⅰ級鋼。需要注意的是,利用拉筋復(fù)合箍進(jìn)行施工時,使用到的拉筋結(jié)構(gòu)需要緊挨縱向鋼筋,并且能夠穩(wěn)定鉤住封閉箍筋,從而形成一個穩(wěn)定整體,提高整個結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性,利于后續(xù)施工活動的推進(jìn)。

      4.5剪力墻

      在整個房屋建筑結(jié)構(gòu)中,剪力墻屬于保證建筑穩(wěn)固性與安全性的重要載體。據(jù)此,在對剪力墻進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)時,首先,需要對于工程建設(shè)要求展開系統(tǒng)化分析,基于得到的分析結(jié)果,對于墻體結(jié)構(gòu)重量進(jìn)行調(diào)整,從而保證建筑結(jié)構(gòu)剛度和結(jié)構(gòu)質(zhì)量的均衡性。其次,在對剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)時,需要對剪力墻質(zhì)量承載性能以及水平方向進(jìn)行科學(xué)化調(diào)整,以此來保證整個剪力墻角度的平衡性與承載性。而且,在剪力墻優(yōu)化設(shè)計(jì)活動中,也需要切實(shí)考量施工現(xiàn)場的具體情況,了解整個施工活動中不同結(jié)構(gòu)部件的具體性能,科學(xué)測算墻體結(jié)構(gòu)的受力參數(shù),并據(jù)此有序完成結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度的綜合化設(shè)計(jì)。最后,整個設(shè)計(jì)活動中,還需要系統(tǒng)化分析房建工程抗震設(shè)計(jì)系數(shù),同時也需要積極引入綠色施工理念,依托理念中的相關(guān)內(nèi)容來科學(xué)調(diào)整建設(shè)資源應(yīng)用情況。除此之外,在剪力墻設(shè)計(jì)活動中,也需要做好結(jié)構(gòu)抗震性能的綜合化分析,根據(jù)分析結(jié)果科學(xué)調(diào)整剪力墻布設(shè)位置、布設(shè)數(shù)量、結(jié)構(gòu)厚度等內(nèi)容,從而提高整個結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性與安全性。

      4.6電氣系統(tǒng)

      在對房屋建筑工程電氣系統(tǒng)展開優(yōu)化設(shè)計(jì)時,需注意以下內(nèi)容:

      (1)對電氣設(shè)備安裝過程進(jìn)行科學(xué)化設(shè)計(jì),并且需要對整個電氣程序結(jié)構(gòu)展開優(yōu)化設(shè)計(jì)。一般情況下,電氣設(shè)備多安裝在樓體、墻板等部位,這也需要在設(shè)計(jì)活動中充分梳理施工現(xiàn)場具體情況,優(yōu)化電氣設(shè)備安裝方案,營造良好的電氣系統(tǒng)運(yùn)營環(huán)境。

      (2)基于設(shè)計(jì)圖紙中的相關(guān)內(nèi)容,提前預(yù)留好相關(guān)孔洞,如果在設(shè)計(jì)階段遇到電氣橫穿梁體的情況,那么此時在結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中,也需要做好設(shè)計(jì)方案的科學(xué)化處理,仔細(xì)檢查各管線所處的穿梁部位,盡量避免管線直接暴露在外部環(huán)境中。除此之外,在整個設(shè)計(jì)活動中,也需要做好關(guān)乎電梯結(jié)構(gòu)便捷性、安全性等內(nèi)容的考量工作,使其可以維持健康的運(yùn)行狀態(tài)。

      4.7給排水系統(tǒng)

      在對房屋建筑工程給排水系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時,需要科學(xué)考量管線布設(shè)情況、管線運(yùn)行荷載、管線承壓上限值等,據(jù)此來完成管線的裝配工作。并且在管線排布時,也需要依托BIM技術(shù)來建立三維模型,對于整個管線排布情況進(jìn)行梳理,并以此篩選出最為合適的布設(shè)方案,確定管線預(yù)留規(guī)格、布設(shè)深度等,避免管線出現(xiàn)布設(shè)沖突問題。在樓板鉆孔位置的布設(shè)活動中,需要保證鉆孔布設(shè)結(jié)果的精準(zhǔn)度,對于特殊位置也需要做好相應(yīng)的加固工作,保證整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性。如果所布設(shè)的管線需要穿過承重墻,那么此時也需要做好對于方案細(xì)節(jié)的調(diào)整工作,并以此來做好相應(yīng)的加固工作,從而確保整個給排水管網(wǎng)布設(shè)結(jié)果的科學(xué)性與合理性。除此之外,在整個設(shè)計(jì)活動中,也需要做好中水系統(tǒng)與徑流管線的科學(xué)化布設(shè),以提高水資源利用率,減少水資源的額外損耗。

      5結(jié)論

      綜上所述,進(jìn)行房屋建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的目的,是能夠提高設(shè)計(jì)方案內(nèi)容的功能性、安全性,以此來推動工程項(xiàng)目的有序進(jìn)行。在具體的優(yōu)化設(shè)計(jì)活動中,需要做好各細(xì)節(jié)內(nèi)容的綜合化分析,以此來提高設(shè)計(jì)方案的合理性與有效性。

      參考文獻(xiàn)

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