房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化

秦川

摘 要：房屋工程的施工質(zhì)量直接關(guān)系到了我國(guó)人民的生命財(cái)產(chǎn)安全，在房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化的主要目保證房屋工程結(jié)構(gòu)的安全性、經(jīng)濟(jì)性、適用性和美觀性，能夠在一定程度上降低工程造價(jià)。本文對(duì)房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化進(jìn)行了探討分析。

關(guān)鍵詞：房屋結(jié)構(gòu)；建筑結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)優(yōu)化

對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化是因?yàn)閮?yōu)化設(shè)計(jì)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)有限的空間和資源進(jìn)行充分利用，提高各種設(shè)備和材料的使用效率，盡量使優(yōu)化結(jié)構(gòu)下所建筑的房屋能夠?qū)崿F(xiàn)安全、可靠、經(jīng)濟(jì)、美觀。相關(guān)研究統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)相比能夠節(jié)省5%～33%的工程造價(jià)，因此，在房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中要積極應(yīng)用建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)，以推動(dòng)建筑工程企業(yè)的常遠(yuǎn)發(fā)展，實(shí)現(xiàn)資源的充分利用。 房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化策略是需要從不同的角度和方向來進(jìn)行的，比如可以從節(jié)能環(huán)保角度進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)、從信息化自動(dòng)化角度進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)等等，具體而言房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化策略大致有以下幾點(diǎn)。

一、優(yōu)化選擇房屋建筑結(jié)構(gòu)類型

不同的形式的房屋建筑結(jié)構(gòu)類型是會(huì)產(chǎn)生不同的造價(jià)管理模式的，而在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中常用的結(jié)構(gòu)類型有如下幾種，第一，剪力墻結(jié)構(gòu)類型。該類型主要應(yīng)用于高層房屋建筑中，所依托的基礎(chǔ)為混凝土結(jié)構(gòu)施工技術(shù)，該種優(yōu)化結(jié)構(gòu)類型同“短肢剪力墻”結(jié)構(gòu)類型相比就有抗震性能強(qiáng)、鋼筋材料使用數(shù)量較少等特征。第二，框架結(jié)構(gòu)類型。這種類型主要優(yōu)點(diǎn)在于開間大、靈活布局、造價(jià)較低等優(yōu)點(diǎn)，但是該結(jié)構(gòu)類型也具有一定的缺點(diǎn)，柱的截面面積比較大，抗震能力相對(duì)較薄弱。第三，“框架—剪力墻”結(jié)構(gòu)類型。這種類型的結(jié)構(gòu)是對(duì)剪力墻和框架兩種結(jié)構(gòu)的優(yōu)化組合，其能夠綜合以上兩種結(jié)構(gòu)類型的優(yōu)點(diǎn)，結(jié)構(gòu)布置比較合理，實(shí)際應(yīng)用能力也比較強(qiáng)，該結(jié)構(gòu)的最突出特點(diǎn)就是抗側(cè)力能力比較強(qiáng)。綜上所述的三種房屋結(jié)構(gòu)類型，無論是哪種都會(huì)有優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)類型選擇過程中一定要從建筑質(zhì)量和建筑成本兩個(gè)角度出發(fā)優(yōu)化選擇，對(duì)于建筑質(zhì)量一定要符合業(yè)主和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求，而對(duì)于建筑成本控制來說，要對(duì)房屋建筑工程的投資水平和施工單位的實(shí)際施工能力等進(jìn)行分析和選擇，最好是實(shí)現(xiàn)利益均衡。

二、積極應(yīng)用信息優(yōu)化技術(shù)

在房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的變量比較多，房屋建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化造成了一定的障礙，因此考慮到房屋建筑結(jié)構(gòu)中存在的各種復(fù)雜因素，在優(yōu)化設(shè)計(jì)中就應(yīng)該積極應(yīng)用先進(jìn)的信息技術(shù)，比如應(yīng)用一些參數(shù)定義軟件，這樣就能夠有效的減少房屋建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)者的工作量，提高工作質(zhì)量和工作效率。在進(jìn)行房屋建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行合理的優(yōu)化，在此過程中會(huì)涉及到眾多的變量與約束條件，設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行設(shè)計(jì)與計(jì)算的過程中，應(yīng)該充分、全面的了解這些變量與約束條件，并進(jìn)行科學(xué)的分析，采用數(shù)學(xué)計(jì)算方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)房屋建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。對(duì)信息優(yōu)化過程可以分為兩個(gè)階段：第一階段是對(duì)材料使用量進(jìn)行優(yōu)化配置，也就是說要使用最少數(shù)量的材料，實(shí)現(xiàn)最好的結(jié)構(gòu)性能，在該階段中需要把混凝土用量設(shè)置為目標(biāo)函數(shù)，而“結(jié)構(gòu)構(gòu)件斷面大小”需要設(shè)置為變量。第二階段是優(yōu)化所設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)中的各種構(gòu)件強(qiáng)度，就是指對(duì)構(gòu)件中鋼用量與斷面大小進(jìn)行調(diào)整，實(shí)現(xiàn)質(zhì)量和造價(jià)的完美結(jié)合。

三、節(jié)能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化

節(jié)能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化是需要以綠色建筑理念為基礎(chǔ)，并積極應(yīng)用設(shè)計(jì)學(xué)中的方法。首先，優(yōu)化布局和表面形狀。布局就是指建筑的主要朝向，受到我國(guó)氣候條件的影響，為了保證房屋的陽光照射量的通風(fēng)良好，房屋的朝向盡量要朝南。表面形狀的優(yōu)化就是要保證所設(shè)計(jì)的房屋建筑外表面積不要接受冷風(fēng)的直接朝向，這樣就能夠減少熱能的消耗，起到節(jié)能效果。其次，維護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。維護(hù)結(jié)構(gòu)主要指的就是門窗和屋頂，對(duì)于門窗而言，在房屋朝南的方向所設(shè)置的門窗要盡量要大和多，這樣能夠最大限度吸收陽光輻射，朝向北的就要減少門窗，防止熱量的流失，材料也要選擇保溫效果好的。屋頂?shù)脑O(shè)計(jì)可以采用架空的方式或者是鋪設(shè)循環(huán)水管，夏天降溫冬天保暖。

四、概念設(shè)計(jì)結(jié)合細(xì)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化

概念設(shè)計(jì)主要作用于無具體數(shù)值量化現(xiàn)象，比如無確定性的地震設(shè)防烈度，現(xiàn)實(shí)難免與計(jì)算式存在區(qū)別，那么設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)采取概念設(shè)計(jì)方法，使數(shù)值成為輔助及參考根據(jù)。為達(dá)到最佳優(yōu)化設(shè)計(jì)效果，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該靈活運(yùn)用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方案。與宏觀把握相對(duì)應(yīng)的，設(shè)計(jì)的過程同時(shí)要注意對(duì)于細(xì)部的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化，比如現(xiàn)澆板中的異形板拐角方向容易出現(xiàn)的裂縫，可歸結(jié)為矩形板。鋼筋選擇時(shí)應(yīng)注意：I級(jí)鋼和冷軋帶肋鋼市場(chǎng)價(jià)格差不多，但是他們的極限抗拉力相差卻相當(dāng)大，所以在塑性滿足要求的情況下，現(xiàn)澆板的受力鋼筋就可選擇冷軋帶肋鋼筋。在做里面設(shè)計(jì)的時(shí)候，外立面上的懸挑板及配筋，應(yīng)在滿足基本規(guī)范要求之上，以達(dá)到安全、經(jīng)濟(jì)之目的。

綜上，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)房屋建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，不僅能夠有效的控制房屋建筑工程的造價(jià)，還能夠滿足建筑的實(shí)用性與美觀性。對(duì)于建筑企業(yè)來說，希望以最少的投資獲得最大的利益，因此必須保證房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全性、可靠性以及科學(xué)性，這就要求對(duì)房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化。與傳統(tǒng)房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相比，結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法的優(yōu)點(diǎn)在于：保證房屋建筑結(jié)構(gòu)的安全性；合理協(xié)調(diào)房屋建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)部的所有單位；合理的利用材料的性能。由此可見，通過將建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法應(yīng)用在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，能夠有效的提高房屋建筑結(jié)構(gòu)的安全性、實(shí)用性以及經(jīng)濟(jì)性。

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（作者單位：遼寧省石油化工規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司）