探究房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法及應(yīng)用

謝周俊

【摘要】建筑結(jié)構(gòu)關(guān)乎建筑安全，并且設(shè)計(jì)的合理性與建筑使用的舒適性之間存在密切聯(lián)系。在保障建筑符合預(yù)期的功能性、安全性、耐久性的前提下節(jié)省資源，是結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。對(duì)房屋建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化的內(nèi)涵及其理念進(jìn)行闡述和分析，并結(jié)合多年的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)提出建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的具體對(duì)策。

【關(guān)鍵詞】建筑結(jié)構(gòu);房屋結(jié)構(gòu);優(yōu)化理念;設(shè)計(jì)

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.24.

目前，在多數(shù)地區(qū)房屋建筑施工建設(shè)中，對(duì)各類施工材料質(zhì)量難以有效控制，加上施工技術(shù)人員的專業(yè)素質(zhì)有待提升等問(wèn)題對(duì)建筑質(zhì)量產(chǎn)生了較大的負(fù)面影響。在房屋建筑施工中存有工期延誤問(wèn)題，導(dǎo)致建筑施工質(zhì)量難以滿足規(guī)定要求。當(dāng)前，房屋漏水、墻面開裂、管道堵塞等房屋建筑施工質(zhì)量通病對(duì)廣大群眾的正常生產(chǎn)生活產(chǎn)生的負(fù)面影響較大，所以，要注重集中整合質(zhì)量通病產(chǎn)生的原因，擬定針對(duì)性的防治措施。

1、建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的內(nèi)涵

建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)不僅能提升房屋的抗震性能和受力性能，還可節(jié)約資源，提升經(jīng)濟(jì)效益，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)應(yīng)以原建筑方案為基礎(chǔ)，兼顧建設(shè)現(xiàn)狀以及經(jīng)濟(jì)成本進(jìn)行合理優(yōu)化，以主體結(jié)構(gòu)和圍護(hù)結(jié)構(gòu)方案為內(nèi)容，建立結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)模型，通過(guò)科學(xué)計(jì)算，最終得出結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案。建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)根據(jù)建筑的構(gòu)成可分為：①主體結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì);②基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì);③房屋建筑細(xì)部結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì);④建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)需綜合考慮舒適性、功能性等因素，并立足于經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行造價(jià)控制，盡可能做到建筑結(jié)構(gòu)造價(jià)的合理縮減。

2、當(dāng)前房屋建筑設(shè)計(jì)存在的問(wèn)題

2.1節(jié)能設(shè)計(jì)存在紕漏

對(duì)于住宅區(qū)而言，在對(duì)其外觀和功能的設(shè)計(jì)之初，應(yīng)考慮到自然通風(fēng)的情況，但是有關(guān)這點(diǎn)，很多建筑企業(yè)并沒(méi)有對(duì)其進(jìn)行充分的考慮和重視，更沒(méi)有根據(jù)住宅區(qū)周邊環(huán)境進(jìn)行合理的規(guī)劃和設(shè)計(jì)。由于規(guī)劃之初沒(méi)有因地制宜，布局妥當(dāng)，比如在窗戶的設(shè)計(jì)上，其占用空間面積較大，但是可開窗面積卻很小，從而使得有些住宅區(qū)存在自然通風(fēng)情況不良的現(xiàn)象。

2.2設(shè)計(jì)圖紙不合理

當(dāng)前房屋質(zhì)量通病產(chǎn)生的原因較多，比如房屋設(shè)計(jì)不合理。房屋建筑設(shè)計(jì)是項(xiàng)目施工建設(shè)的靈魂，也是全面提升項(xiàng)目施工質(zhì)量與施工成效的基礎(chǔ)。當(dāng)工程設(shè)計(jì)中存有不同程度的問(wèn)題時(shí)，對(duì)項(xiàng)目整體建設(shè)質(zhì)量均會(huì)產(chǎn)生較大的負(fù)面影響，容易誘發(fā)較大的損失。比如，項(xiàng)目圖紙?jiān)O(shè)計(jì)不詳細(xì)，導(dǎo)致施工中的參照性降低。當(dāng)下有許多房屋建筑項(xiàng)目外飾面被窗臺(tái)滴落的污水污染，這是由于設(shè)計(jì)圖紙不規(guī)范導(dǎo)致的。圖紙?jiān)O(shè)計(jì)誘發(fā)的質(zhì)量通病占據(jù)較大比重，所以，在施工實(shí)踐中應(yīng)對(duì)其提高重視程度。

2.3住宅區(qū)通風(fēng)設(shè)計(jì)不合理

就當(dāng)前的市場(chǎng)形勢(shì)來(lái)看，很多建筑企業(yè)為了在最大限度內(nèi)對(duì)土地進(jìn)行充分利用，通常會(huì)讓設(shè)計(jì)人員以最高容積率進(jìn)行設(shè)計(jì)，由此會(huì)造成超值設(shè)計(jì)的現(xiàn)象出現(xiàn)，從而使得同一樓層會(huì)有多戶居住所。雖然這可以增加住宅率，但是由于單體布局限制，其通風(fēng)面積會(huì)變小，所產(chǎn)生的通風(fēng)效果也會(huì)相應(yīng)變差，特別是在夏季時(shí)，房間內(nèi)會(huì)積聚大量熱氣，在短時(shí)間內(nèi)無(wú)法排出室外或者散失，只能通過(guò)電風(fēng)扇或者空調(diào)進(jìn)行姜降溫，但是這樣會(huì)在很大程度上對(duì)能耗損失進(jìn)行提高。

3、房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的有效對(duì)策

3.1重視結(jié)構(gòu)類型的選擇

現(xiàn)代的房屋建筑立面造型復(fù)雜、平面布置多樣。選擇一個(gè)既滿足房屋建筑功能要求，又符合力學(xué)概念和規(guī)范要求的經(jīng)濟(jì)合理的結(jié)構(gòu)類型，是建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的首要工作。常見的結(jié)構(gòu)類型有框架結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)、框架- 剪力墻結(jié)構(gòu)?？蚣芙Y(jié)構(gòu)是由框架柱和框架梁為主要受力構(gòu)件的結(jié)構(gòu)體系，其特點(diǎn)是建筑平面布置靈活、使用空間大、延性較好，但側(cè)向剛度較差，水平力作用下會(huì)產(chǎn)生較大側(cè)向變形，用于多層建筑時(shí)經(jīng)濟(jì)性較好，所以常用于多層商業(yè)和辦公樓，但由于其梁、柱截面較大，影響使用空間，一般不用于住宅類建筑。剪力墻結(jié)構(gòu)是以鋼筋混凝土墻體為主要受力構(gòu)件的結(jié)構(gòu)體系，其特點(diǎn)是抗側(cè)向剛度大、水平力作用下側(cè)移小、室內(nèi)墻面平整，但平面布置不靈活、施工造價(jià)較高，所以常用于高層住宅。

3.2加強(qiáng)對(duì)房屋結(jié)構(gòu)前期設(shè)計(jì)

重視程度房屋建筑企業(yè)應(yīng)增加對(duì)前期房屋結(jié)構(gòu)重視程度，組織相關(guān)人員參與到建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之中，不斷優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)，以有效控制房屋建筑質(zhì)量與建筑成本等。首先，加強(qiáng)施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際勘測(cè)。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之前，需要對(duì)房屋建筑工程施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行調(diào)查，全面掌握施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，并根據(jù)工程現(xiàn)場(chǎng)具體環(huán)境情況，對(duì)房屋結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，確保房屋建筑結(jié)構(gòu)與實(shí)際施工環(huán)境相匹配，避免盲目設(shè)計(jì)導(dǎo)致后期建筑與實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境匹配程度不夠，甚至產(chǎn)生一系列質(zhì)量問(wèn)題。在設(shè)計(jì)前期，設(shè)計(jì)人員需要對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)、水文、風(fēng)向、附近建筑、建筑面積、占地面積等情況進(jìn)行全面記錄，在設(shè)計(jì)過(guò)程中充分考慮這些影響要素 。其次，施工企業(yè)可以成立由設(shè)計(jì)人員、工程技術(shù)人員、管理人員、施工人員組成的建筑設(shè)計(jì)小組，從建筑施工、建筑設(shè)計(jì)、建筑管理等方面對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行綜合考量，促進(jìn)建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化。

3.3優(yōu)化框架柱

在優(yōu)化上選擇軸壓比與雙偏壓等計(jì)算方式進(jìn)行檢測(cè)，之所以選擇軸壓比進(jìn)行檢測(cè)，是因?yàn)榭蚣芙Y(jié)構(gòu)受力是雙向的，且扭轉(zhuǎn)效應(yīng)對(duì)框架結(jié)構(gòu)受力影響較為復(fù)雜，在建筑抗震設(shè)計(jì)中對(duì)框架結(jié)構(gòu)抗震要求相對(duì)較為嚴(yán)格，所以選擇軸壓比、雙偏壓等檢測(cè)方法對(duì)框架柱進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)檢測(cè)。軸壓比是框架柱尺寸（截面）重要影響因素，在其設(shè)計(jì)優(yōu)化上不可扣得太緊，要確保軸壓比不可以太貼近限值，以保證通過(guò)軸壓比調(diào)整真正實(shí)現(xiàn)“強(qiáng)柱弱梁”的設(shè)計(jì)效果。該工程設(shè)計(jì)過(guò)程中采用的框架柱距離為8.00m左右，初步設(shè)計(jì)的框架柱的尺寸為500mm×400mm與500mm×500mm兩種，經(jīng)過(guò)軸壓比計(jì)算各項(xiàng)指標(biāo)均符合該建筑實(shí)際需求，同時(shí)對(duì)框架柱采用了雙偏壓計(jì)算方法，依舊符合相應(yīng)工程質(zhì)量需求。但出于進(jìn)一步優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)考慮，將兩種尺寸改為450mm×400mm與500mm×450mm，并對(duì)兩種尺寸進(jìn)行了雙偏壓計(jì)算檢測(cè)與軸壓比計(jì)算檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)450mm×400mm與500mm×450mm尺寸也符合工程質(zhì)量要求。通過(guò)框架柱優(yōu)化設(shè)計(jì)，將原本含鋼量20.35降低到18.04，優(yōu)化效果較好。

結(jié)語(yǔ)：

房屋建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)可以在保證結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)符合安全性、耐久性要求的前提下，實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)造價(jià)成本的有效控制，并結(jié)合對(duì)結(jié)構(gòu)的節(jié)能優(yōu)化設(shè)計(jì)，進(jìn)一步提升房屋建筑結(jié)構(gòu)的綠色性與可持續(xù)性。因此，企業(yè)必須重視房屋建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，依據(jù)對(duì)建筑建設(shè)需求、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況的分析與掌握，提升結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性與可行性，促進(jìn)房屋建筑功能與作用的最大化體現(xiàn)，確保房屋建筑建設(shè)符合人們多元化的居住需求。

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