簡(jiǎn)述建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的優(yōu)化策略

邵瑞玲

摘 要：隨著我國建筑行業(yè)發(fā)展迅速，以及越來越多的企業(yè)承受著項(xiàng)目巨額成本壓力，結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的必要性不容忽視。人們現(xiàn)在不僅重視建筑結(jié)構(gòu)質(zhì)量，還更關(guān)心整體建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法在不斷發(fā)展過程中完善，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法措施應(yīng)用廣泛。

關(guān)鍵詞：建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；優(yōu)化設(shè)計(jì)；措施

前言

近些年，人們生活水平在不斷提高，對(duì)于建筑物要求也更高。傳統(tǒng)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)已經(jīng)無法滿足人們對(duì)建筑外觀和功能等方面的需求。除了傳統(tǒng)的住宅建筑以外，新型的公共建筑、玻璃幕墻建筑等新的建筑涌現(xiàn)，這對(duì)建筑設(shè)計(jì)師提出了更高要求，設(shè)計(jì)師需要不斷探索建筑結(jié)構(gòu)，采取科學(xué)措施優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，提升建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化水平。

1、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化概述

設(shè)計(jì)師對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化是一項(xiàng)專業(yè)性較強(qiáng)的工作。在明確建筑設(shè)計(jì)目的、使用功能的基礎(chǔ)上，用恰當(dāng)?shù)姆椒ㄟM(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，建筑設(shè)計(jì)先制定多種對(duì)比方案，綜合考慮外立面的設(shè)計(jì)，再結(jié)合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中安全實(shí)用和可行性較強(qiáng)的設(shè)計(jì)方案，對(duì)項(xiàng)目的優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行綜合的考慮。因?yàn)榻ㄖこ躺婕暗拿姹容^廣，因此對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)涉及豐富的內(nèi)容，主要包括建筑方案優(yōu)化和結(jié)構(gòu)、成本方案優(yōu)化。如果再進(jìn)一步細(xì)分，建筑方案優(yōu)化包括總圖規(guī)劃方案、戶型方案、建筑風(fēng)格等方面的優(yōu)化等等； 結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)包括： 基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)方案的優(yōu)化設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)選型方案的優(yōu)化設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)細(xì)部設(shè)計(jì)的優(yōu)化設(shè)計(jì)等等。設(shè)計(jì)師通過建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以合理分配固定資源和有限空間，最大化使用建筑設(shè)備和建筑材料，保證建成的房屋具有美觀，安全和舒適等特點(diǎn)。

2、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的優(yōu)化策略

2.1對(duì)建筑總規(guī)方案進(jìn)行優(yōu)化

在住宅的設(shè)計(jì)中，戶型使用過程中對(duì)于自然風(fēng)的要求，以及考慮夏季時(shí)日照對(duì)于節(jié)能保溫的影響，在對(duì)整個(gè)項(xiàng)目的總規(guī)布置設(shè)計(jì)時(shí)，就要考慮各棟住宅之間的相互遮擋對(duì)于風(fēng)流動(dòng)性的影響，同時(shí)也要在總圖布置設(shè)計(jì)時(shí)，盡量減少西側(cè)戶型的布置，減少西曬對(duì)于節(jié)能方面的影響。又如社會(huì)發(fā)展對(duì)于汽車使用增加的要求，新建住宅項(xiàng)目基本上對(duì)于車位的配套有明確的要求，為了滿足車位配置的要求，項(xiàng)目都會(huì)配建有地下室，那么在總規(guī)布置時(shí)，就需要對(duì)車庫的出入口、各棟塔樓的布置與消防車道之間的關(guān)系進(jìn)行合理的優(yōu)化等等。最后匯總總規(guī)方案優(yōu)化的主要內(nèi)容包括有： 建筑物布置、道路設(shè)計(jì)，排水設(shè)計(jì)及相關(guān)擋土墻和邊坡及土石方填挖量經(jīng)濟(jì)性平衡和土石方量的總圖調(diào)配等。

2.2對(duì)建筑平面設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化

建筑的平面設(shè)計(jì)方案不同，建筑的合理使用性以及建筑成本的需求量也會(huì)不同。因此在多個(gè)建筑平面設(shè)計(jì)方案中選擇最優(yōu)設(shè)計(jì)方案非常重要，要確定建筑的平面布局、柱網(wǎng)間距到樓層數(shù)、層高、建筑物的高度和房屋的基本類型等，同時(shí)房屋開間大小和進(jìn)深對(duì)會(huì)對(duì)設(shè)計(jì)方案產(chǎn)生影響。如果建筑房屋的性能相同，一般設(shè)計(jì)方案和最優(yōu)設(shè)計(jì)方案的成本不同。因此在優(yōu)化設(shè)計(jì)方案時(shí)要根據(jù)具體情況選擇側(cè)重點(diǎn)。如筆者參與的一個(gè)超高層商業(yè)寫字樓的項(xiàng)目設(shè)計(jì)，其建筑平面方案設(shè)計(jì)初期設(shè)計(jì)單位考慮其平面布局根據(jù)其幕墻外圍每隔1.2米設(shè)置一條立桿的基礎(chǔ)上，將其柱網(wǎng)軸線間距設(shè)計(jì)為7.2米，因?yàn)槌邔又映惺苌喜亢奢d較大，柱子尺寸結(jié)構(gòu)計(jì)算需要1.2米*1.2米的柱子。小距離的間距加上超大的結(jié)構(gòu)柱，對(duì)于作為寫字樓的使用十分不合理，而且每個(gè)1.2米設(shè)計(jì)一個(gè)立桿的幕墻而言，視野通透性較差，而且鋁材用量很多。經(jīng)過對(duì)以上問題進(jìn)行綜合考慮以后，方案最后優(yōu)化為柱網(wǎng)軸線尺寸為12 米，幕墻豎向立桿每隔2 米設(shè)置，結(jié)構(gòu)柱子因?qū)挾仍龃蠖{(diào)整為1.5 米*1.5 米。此方案調(diào)整以后，無論從寫字樓的內(nèi)部布局使用、外圍視野的通透性有了很合理的提醒，同時(shí)鋁材的用量減少、整個(gè)玻璃幕墻的造價(jià)也得到合理的優(yōu)化。

2.3對(duì)基礎(chǔ)形式的選擇進(jìn)行優(yōu)化

根據(jù)相關(guān)調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，在建筑投資成本中，建筑基礎(chǔ)形式占30% 的比重，因此對(duì)工程成本最重要的影響因之一素就是建筑基礎(chǔ)形式。如果建筑工程基礎(chǔ)形式是科學(xué)合理的，對(duì)建筑工序是非常有利的?，F(xiàn)階段，我國建筑工程中高層建筑居多，基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的造價(jià)和地質(zhì)條件的關(guān)系非常緊密。因此選擇恰當(dāng)?shù)牡鼗浅Ｖ匾?。在?yōu)化基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的前期階段，首先要對(duì)對(duì)地勘報(bào)告中參數(shù)等進(jìn)行分析，抗浮水位的位置、報(bào)告對(duì)土壤參數(shù)的選擇是否保守、基礎(chǔ)持力層的選擇等等都會(huì)對(duì)基礎(chǔ)的選型產(chǎn)生很大的影響。其次對(duì)上部結(jié)構(gòu)計(jì)算中的荷載等進(jìn)行復(fù)核； 最后進(jìn)行多方案基礎(chǔ)選型從而確定合理的基礎(chǔ)方案，包括常用的預(yù)應(yīng)力管樁基礎(chǔ)、沖孔灌注樁基礎(chǔ)、筏板基礎(chǔ)等。如筆者曾經(jīng)參與過的一個(gè)山腳的住宅項(xiàng)目，前期做勘探設(shè)計(jì)時(shí)，已經(jīng)和勘察單位溝通要將抗浮水位進(jìn)行分段式考慮，減少抗浮水頭對(duì)底板的配筋影響； 基礎(chǔ)選型時(shí)，在靠近山的位置基巖較淺，采用沖孔灌注樁，樁徑1.5米、樁長(zhǎng)6 米即可達(dá)到單樁單柱的要求；而在山腳的位置則采用直徑500mm 的預(yù)應(yīng)力管樁，樁長(zhǎng)約20米，加快施工速度，提高基礎(chǔ)施工的經(jīng)濟(jì)性。

2.4對(duì)選擇的結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行合理的優(yōu)化

在進(jìn)行結(jié)構(gòu)選型時(shí)，要對(duì)于整體建筑結(jié)構(gòu)的用途、高度、功能、周邊環(huán)境、抗震性等多方面因素進(jìn)行合理的把握，因地制宜地選擇合理的結(jié)構(gòu)體系。一般高層建筑常用的結(jié)構(gòu)體系為： 框架結(jié)構(gòu)、框剪結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)。在選擇了對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)體系以后，就要針對(duì)相應(yīng)的結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行合理的優(yōu)化，如剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)時(shí)需考慮連梁的優(yōu)化設(shè)計(jì)。連梁的剛度增大必將使得結(jié)構(gòu)的地震作用也增大，這樣連梁和墻肢分配內(nèi)力也相應(yīng)增大，此時(shí)必須增大構(gòu)件的配筋量，顯然這一設(shè)計(jì)結(jié)果必然會(huì)造成材料的浪費(fèi)。因此，在住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，一般情況下不宜采用大剛度的窗下墻作為連梁，而宜將連梁設(shè)計(jì)成為截面、剛度較小的弱連梁。另外一種情況，在滿足結(jié)構(gòu)剛度與變形要求時(shí)，應(yīng)從經(jīng)濟(jì)角度與抗力、變形方面綜合考慮，合理布置抗側(cè)力構(gòu)件。剪力墻數(shù)量越多，結(jié)構(gòu)抗側(cè)力剛度愈大，相應(yīng)結(jié)構(gòu)位移會(huì)減小，但是結(jié)構(gòu)地震力會(huì)隨抗側(cè)力剛度增大而加大，對(duì)結(jié)構(gòu)的造價(jià)控制不利。因此剪力墻應(yīng)以周邊均勻、對(duì)稱、分散等原則合理布置，以規(guī)范規(guī)定的水平位移限值為準(zhǔn)盡可能減少剪力墻數(shù)量。

2.5注重結(jié)構(gòu)的細(xì)部?jī)?yōu)化

在注重整體設(shè)計(jì)的同時(shí)，也應(yīng)加強(qiáng)結(jié)構(gòu)局部構(gòu)件的優(yōu)化設(shè)計(jì)。比如現(xiàn)澆板設(shè)計(jì)中盡量把異形板劃分為矩形板，這樣既達(dá)到合理受力的目的，也避免了拐角裂縫的出現(xiàn)。又比如底部框架抗震墻的底框梁箍筋配箍量一般較大，此時(shí)若選用冷軋帶肋鋼筋作為箍筋，便可減少箍筋肢數(shù)或箍筋直徑，達(dá)到降低造價(jià)的以及方便施工的目的。還有，為減少柱構(gòu)件底部截面，采用高強(qiáng)度的混凝土是不錯(cuò)的選擇，但是水平構(gòu)件混凝土可適當(dāng)減少混凝土的標(biāo)號(hào)，滿足了受力要求，也節(jié)約了成本。

結(jié)束語

總之，任何建筑體型都有一種相對(duì)比較規(guī)則的結(jié)構(gòu)受力方案，因?yàn)楫?dāng)建筑體型確定以后，整體建筑的形心和質(zhì)量中心就也確定了，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)時(shí)只要使結(jié)構(gòu)的荷載中心和剛度中心盡可能地接近乃至重合，該建筑結(jié)構(gòu)就基本具備了穩(wěn)定和規(guī)則性的條件，通過從整體和細(xì)部的優(yōu)化設(shè)計(jì)，采用合理的結(jié)構(gòu)形式和布置，優(yōu)化構(gòu)件設(shè)計(jì)和構(gòu)造，使得建筑結(jié)構(gòu)符合安全耐用和經(jīng)濟(jì)合理的要求。合理優(yōu)化的建筑設(shè)計(jì)不但可以節(jié)約項(xiàng)目造價(jià)成本，還可以為社會(huì)創(chuàng)造附加經(jīng)濟(jì)價(jià)值，建設(shè)成本的有效控制與資金節(jié)省、充分高效合理的使用土地資源。為此建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，要優(yōu)化設(shè)計(jì)建筑結(jié)構(gòu)，提高設(shè)計(jì)水平。

參考文獻(xiàn)

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