韋松宏 肖超

摘 要：在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，除了要考慮建筑實(shí)用性、安全性之外，還應(yīng)考慮建筑設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性、美觀性，以滿足人們對(duì)于建筑功能的不同需求。房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)涉及因素較多，為了保證建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性，保障建筑整體質(zhì)量，就需要結(jié)合建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的現(xiàn)狀，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，通過(guò)優(yōu)化來(lái)降低建筑的含鋼量及成本，從而實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)性。基于此，本文根據(jù)實(shí)際項(xiàng)目案例經(jīng)驗(yàn)針對(duì)建筑設(shè)計(jì)中的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化策略展開(kāi)探究，以供業(yè)內(nèi)相關(guān)人士參考。

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

1房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的流程

在房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化理念的應(yīng)用主要包含以下幾個(gè)步驟：

1.1構(gòu)建結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型

為了保證結(jié)構(gòu)模型建立的科學(xué)性，就需要從大量的變量中選出關(guān)鍵的參數(shù)，結(jié)合設(shè)計(jì)規(guī)范和本項(xiàng)目信息，確保相關(guān)參數(shù)取值的正確性，以此完成結(jié)構(gòu)模型的建立，并計(jì)算得出相應(yīng)工況下的配筋數(shù)據(jù)。模型構(gòu)建一般分為兩部分，一是選出合適的設(shè)計(jì)變量，為模型構(gòu)建奠定良好基礎(chǔ)，并且還會(huì)對(duì)參數(shù)選擇產(chǎn)生影響，所以說(shuō)，科學(xué)地選取相關(guān)參數(shù)能夠減少后期優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程中反復(fù)的計(jì)算工作量；二是確定結(jié)構(gòu)受力體型和模型，找出滿足本項(xiàng)目結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的最優(yōu)設(shè)計(jì)方案，從強(qiáng)度、彈塑性以及尺寸等方面確定具體的約束條件，保證約束條件處于合理范圍之內(nèi)，滿足結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的需求。

1.2優(yōu)化設(shè)計(jì)計(jì)算方案

不同約束條件、設(shè)計(jì)參數(shù)等在建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化的過(guò)程會(huì)產(chǎn)生一定的影響，所以，在相應(yīng)的計(jì)算過(guò)程中，一定要把約束條件進(jìn)行轉(zhuǎn)化，只有將其轉(zhuǎn)為非約束條件之后才能夠確保結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化過(guò)程的完成。此外，還應(yīng)結(jié)合變量因素進(jìn)行全面考慮，借助科學(xué)的計(jì)算方式，實(shí)現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

1.3分析結(jié)果

針對(duì)計(jì)算機(jī)計(jì)算的數(shù)據(jù)信息，需要經(jīng)過(guò)詳細(xì)分析以確定最好的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，通過(guò)全面考慮各種阻礙因素，保證結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化工作的有序進(jìn)行。由于建筑施工耗費(fèi)較大的人力、物力等，結(jié)構(gòu)優(yōu)化就需要在保證質(zhì)量的同時(shí)注重指標(biāo)控制。建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)需要在經(jīng)濟(jì)、技術(shù)之間找到相應(yīng)的平衡點(diǎn)，消除兩者間的矛盾，并意識(shí)到技術(shù)對(duì)于經(jīng)濟(jì)效益的積極作用，注重先進(jìn)技術(shù)的合理應(yīng)用。

2房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的策略

以某房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)公司為例，該項(xiàng)目規(guī)劃的用地面積為76656m2，建筑的總面積為268604m2，其中有8棟高層建筑，6棟小高層建筑、售樓中心，場(chǎng)地設(shè)置在地下室1～2層。

如表1所示，為該項(xiàng)目的設(shè)計(jì)荷載。室內(nèi)首層樓板設(shè)計(jì)恒荷載標(biāo)準(zhǔn)值：≤1.5 kN/m2（不含樓板自重）。樓面二次裝修荷載標(biāo)準(zhǔn)值：≤1.5kN/m2；下沉式衛(wèi)生間填充料自重：≤14kN/m2。

結(jié)構(gòu)位移采用w0=0.35kN/m2；對(duì)于承載力設(shè)計(jì)，采用1.1倍放大系數(shù)；對(duì)于地面粗糙度，選擇C類(lèi)，體型系數(shù)

為1.4。場(chǎng)地地形和巖土層變化較大，大多為中軟土～中硬土，僅部分地段是軟弱土，且基本挖除。

2.1結(jié)構(gòu)形式設(shè)計(jì)優(yōu)化

結(jié)構(gòu)形式的合理選擇關(guān)系著整個(gè)項(xiàng)目建設(shè)，在結(jié)構(gòu)選型過(guò)程中，需要從多個(gè)角度考慮，如建筑結(jié)構(gòu)的高度、用途、抗震性等，選出適合的結(jié)構(gòu)類(lèi)型。常見(jiàn)的建筑結(jié)構(gòu)體系有以下幾種：

2.1.1框架結(jié)構(gòu)

該結(jié)構(gòu)主要由地中承重構(gòu)件組成，即基礎(chǔ)、樓板、梁、柱，屬于承重結(jié)構(gòu)，通過(guò)連系梁將各大平面連起來(lái)，構(gòu)成空間結(jié)構(gòu)。

2.1.2剪力墻結(jié)構(gòu)

該結(jié)構(gòu)就是鋼筋混凝土墻，在高層建筑中的應(yīng)用有助于提升建筑結(jié)構(gòu)抗側(cè)力剛度，提高房屋剛度、抗剪強(qiáng)度，墻體也是房間的分隔構(gòu)件，并且承受所有的豎向以及水平荷載。

2.1.3框-剪結(jié)構(gòu)

框-剪結(jié)構(gòu)是在框架結(jié)構(gòu)中設(shè)置剪力墻，吸取兩者的優(yōu)勢(shì)，不僅可以為建筑平面設(shè)置提供大空間，還有較強(qiáng)的抗側(cè)力性能。

2.1.4筒體結(jié)構(gòu)

該結(jié)構(gòu)是使用剪力墻構(gòu)成空間薄壁筒體，形成豎向懸臂箱形梁，增強(qiáng)梁的剛度。筒體結(jié)構(gòu)又劃分為成束筒、筒中筒、框架—筒體、巨型結(jié)構(gòu)等多種。

每一種結(jié)構(gòu)體系具有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，在建筑結(jié)構(gòu)體系的選擇過(guò)程中，一定要結(jié)合建筑的功能續(xù)期、施工技術(shù)、預(yù)算、房屋設(shè)計(jì)年限等多個(gè)方面綜合考慮，選出最合適的結(jié)構(gòu)體系，防止后期重建、改造而造成較大的浪費(fèi)。在該工程中，最為合適的結(jié)構(gòu)體系為剪力墻結(jié)構(gòu)，其主要是鋼筋混凝土墻體連接而成，能夠承載水平、重力荷載，并且也可以作為房屋分隔內(nèi)墻、圍護(hù)外墻。該結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度較大，承載力滿足實(shí)際需求，且具有較好的抗震性能，在平面布置上具有一定的靈活性。從該項(xiàng)目建筑層數(shù)、使用功能、荷載等多方面因素來(lái)考慮，剪力墻結(jié)構(gòu)體系最為合適。

2.2結(jié)構(gòu)樓蓋體系設(shè)計(jì)優(yōu)化

本項(xiàng)目商業(yè)部分以2層框架結(jié)構(gòu)為主，樓板常用的樓蓋體系有單向單次梁方案、十字梁方案、大板方案等；而造價(jià)較高的地下室頂板的樓蓋結(jié)構(gòu)體系常用的有十字梁方案、單向雙次梁方案、井字梁方案、無(wú)梁樓蓋方案這幾種。為了做到最好的經(jīng)濟(jì)性，在相同荷載及參數(shù)條件下，做了標(biāo)準(zhǔn)跨分別進(jìn)行計(jì)算和配筋，并由預(yù)算人員完成了造價(jià)計(jì)算。

2.2.1商業(yè)屋面樓蓋分析

參數(shù)條件：1.砼強(qiáng)度為C30；2.附加恒載為11.8KN/m2

（屋面覆土600mm），活載為2.0KN /m2 ；3.抗震等級(jí)：四級(jí)。

根據(jù)表2數(shù)據(jù)分析，當(dāng)采用十字梁方案時(shí)，每平方米造價(jià)最高，因此優(yōu)先淘汰；而單向單次梁和大板方案造價(jià)成本基本持平，大板略微更省，但考慮本項(xiàng)目屋面有種植需求，綜合考慮樓板撓度及裂縫問(wèn)題，最終商業(yè)部分屋面樓蓋方案選定為：采用單向次梁方案，板厚 120mm，通長(zhǎng)筋配筋率 0.2%。

2.2.2地下室頂板的樓蓋分析

參數(shù)條件：1.柱網(wǎng)7.8m×8.0m，砼強(qiáng)度為C35； 2.附加恒載為28KN /m2（屋面覆土1500mm），活載為4.0KN /m2（非消防車(chē)道部分） ；3.抗震等級(jí)：三級(jí)。

根據(jù)表3數(shù)據(jù)分析，井字梁、十字梁方案造價(jià)均最高，因此優(yōu)先淘汰；無(wú)梁樓蓋方案次之。根據(jù)近些年一些實(shí)際案例，無(wú)梁樓蓋運(yùn)用在地下室頂板存在一定安全隱患，主要體現(xiàn)在地下室頂板在施工過(guò)程容易出現(xiàn)一些人為超載的隱患，而無(wú)梁樓蓋在發(fā)生沖切破壞時(shí)容易形成脆性破壞，因此方案亦不予考慮。相對(duì)的，單向雙次梁方案安全性有保障，造價(jià)更低，最終地下室頂板的樓蓋方案選定為：采用單向雙次梁方案，板厚 160mm，通長(zhǎng)筋配筋率 0.2%。

根據(jù)以上兩個(gè)案例，每一種結(jié)構(gòu)樓蓋體系具有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，在建筑結(jié)構(gòu)體系的選擇過(guò)程中，一定要結(jié)合具體項(xiàng)目使用部位的使用功能、荷載條件、參數(shù)等多個(gè)方面綜合考慮，在確保安全性的前提下，使用最經(jīng)濟(jì)的樓蓋結(jié)構(gòu)方案。

2.3結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計(jì)優(yōu)化

在房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化中，通過(guò)優(yōu)化構(gòu)件設(shè)計(jì)，管控鋼筋混凝土的實(shí)際用量，有效降低工程造價(jià)，提升經(jīng)濟(jì)效益。對(duì)于豎向構(gòu)件的設(shè)計(jì)優(yōu)化，想要確保建筑布局的靈活性，通常在建筑的內(nèi)外墻、角部等位置布置剪力墻，在內(nèi)部剪力墻的布置過(guò)程中，最好不要對(duì)室內(nèi)空間的使用產(chǎn)生影響。在符合結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度要求的基礎(chǔ)上，增加結(jié)構(gòu)抗扭剛度，減小扭轉(zhuǎn)位移。同時(shí)，基于國(guó)家現(xiàn)行規(guī)范，合理增加鄰近剪力墻之間的距離，減少剪力墻數(shù)量，保證墻體承受均勻的豎向壓力，把控好剪力墻的軸壓比，并在此基礎(chǔ)上，減少剪力墻，結(jié)構(gòu)構(gòu)件所占的空間也隨之減少，有助于提升經(jīng)濟(jì)效益。剪力墻為受剪構(gòu)件，當(dāng)其截面的取值較為合理，配筋基本為構(gòu)造配筋，對(duì)于節(jié)點(diǎn)區(qū)主筋、箍筋，都可以根據(jù)最小配筋率進(jìn)行配置。當(dāng)剪力墻的混凝土強(qiáng)度等級(jí)取值合理，并且達(dá)到軸壓比的要求，減少結(jié)構(gòu)剛度以降低造價(jià)。

3結(jié)論

伴隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，房屋建筑已經(jīng)成為管控的重要對(duì)象，人們對(duì)于建筑的要求不只停留在其實(shí)用性、安全性，還對(duì)建筑的外觀、經(jīng)濟(jì)性等提出了較高的要求。房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化意義重大，既能夠保證建筑功能性、安全性，還能夠?qū)崿F(xiàn)資源優(yōu)化配置，降低工程造價(jià)，提高經(jīng)濟(jì)效益。因此，在房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)用新的設(shè)計(jì)理念，結(jié)合建筑的使用功能、現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境、設(shè)計(jì)使用壽命等多方面因素進(jìn)行綜合分析，從建筑主體結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)形式、給排水系統(tǒng)、構(gòu)件等幾個(gè)方面優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，通過(guò)采用最佳的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，在滿足業(yè)主對(duì)房屋建筑需求的同時(shí)，有效推動(dòng)建筑行業(yè)的良好發(fā)展。

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