1、    淺析建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法    劉婕妤段付珍【摘要】近年來，我國建筑行業(yè)得到了快速發(fā)展，我國的建筑結(jié)構(gòu)類型亦趨于復(fù)雜化發(fā)展，導(dǎo)致工程難度增加。因此，作者就建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的方法進行了闡述。【關(guān)鍵詞】建筑結(jié)構(gòu)；結(jié)構(gòu)設(shè)計；優(yōu)化方法；對于建筑整體結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化而言，建筑結(jié)構(gòu)的概念設(shè)計既是重要基礎(chǔ)，又是一個主要方向。運用概念設(shè)計方法，能夠有效提高建筑工程的安全性及穩(wěn)定性，將各種外力所帶來的破壞效果降至最低。建筑在實際使用環(huán)節(jié)，難免會遇到不同類型的不穩(wěn)定因素。建筑概念設(shè)計將會致力于這些不穩(wěn)定因素的解決，以提高建筑的實用性。對建筑結(jié)構(gòu)的諸多可能破壞因素進行研究

2、，發(fā)現(xiàn)地震這一破壞因素最難以控制，因為地震發(fā)生時，將會給建筑施加一個極大的作用力，同時地震又是難以準確預(yù)測的。另外，設(shè)計方案中如果有不利于建筑結(jié)構(gòu)抗震的因素，則應(yīng)對其進行適當(dāng)調(diào)整，無法調(diào)整時，則應(yīng)放棄。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的幫助下，建筑在整體剛度方面應(yīng)該達到均勻、對稱的效果，如此一來，便有效保證了建筑結(jié)構(gòu)在地震作用下的安全性。與此同時，是實際設(shè)計環(huán)節(jié)，還應(yīng)綜合其他優(yōu)化方法的應(yīng)用，以提高建筑的抗震能力。如延性設(shè)計，該種設(shè)計方法能夠很好地保護地震中的建筑免受脆性破壞的危害；又如多道設(shè)防的設(shè)計方法，其設(shè)計思路是，當(dāng)發(fā)生劇烈地震時，“犧牲” 部分次要結(jié)構(gòu)去吸收地震能量，以降低地震對建筑主體結(jié)構(gòu)的破壞效果

3、。在進行建筑整體結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中，應(yīng)注意上述優(yōu)化方法的有效運用。一、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的意義1、結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計降低總造價進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計中，多層住宅和高層住宅相比較，層數(shù)越多，總建筑面積增大，單位建筑面積占用的土地面積就越小，節(jié)約了用地成本，但建筑層數(shù)的增多，建筑總高度也會加大，樓與樓之間的間距也要加大，這時占用的土地節(jié)約量就不與建筑層數(shù)增加比例相同了。另如屋蓋部分，一棟樓只有一個屋蓋，并不會因為層數(shù)的增加而有所改變，它的成本下降會比較明顯。 對于基礎(chǔ)部分而言，雖然也是各層共用的，但是層數(shù)增加，傳給基礎(chǔ)的荷載將會增大，我們需要增大基礎(chǔ)，這樣單位面積的造價有所降低，但是卻沒有屋蓋的效果那樣明顯。2、

4、進行結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化提高建筑結(jié)構(gòu)經(jīng)濟性建筑的層高增加，由于墻體面積和柱體積增加，結(jié)構(gòu)的自重會增加，基礎(chǔ)和柱的承載力相應(yīng)增加，水衛(wèi)和電氣的管線會加長；相反降低層高，可節(jié)省，有利用抗震，同時建筑的總高度減小，兩建筑之間的日照距離就會減小，間接的節(jié)約了用地。建筑面積相同，建筑使用不同的平面形狀時，它的外墻周長也就會不同，這樣當(dāng)選擇圓形或是越接近于方形時，外墻周長系數(shù)就越小，基礎(chǔ)、外墻砌體、內(nèi)外表面裝修都隨之減少，同時其受力性能也得到提高，增強了建筑的經(jīng)濟性能。與傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計相比，采用結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法可以使建筑工程造價降低6%-34%。優(yōu)化方法的技術(shù)性實現(xiàn)，可以最合理的利用材料性能，使建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)部各單元

5、得到最好的協(xié)調(diào)，不僅可以實現(xiàn)建筑美觀、實用，而且在造價方面也有較大的節(jié)省，達到了建筑工程設(shè)計對適用、安全、經(jīng)濟、美觀和便于施工的一般要求。通過使用優(yōu)化設(shè)計手段，達到這5個方面的最佳結(jié)合，符合現(xiàn)今建筑商對于建筑結(jié)構(gòu)的效益的需求，也符合市場可持續(xù)發(fā)展的需求。二、結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法的概述完美的建筑是在滿足人們使用功能及視覺感受的前提下，充分滿足使用者和社會所期望的各種要求。依據(jù)設(shè)計的要求，把力學(xué)概念與結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計進行有機結(jié)合，讓參與計算的量部分可以以變量部分出現(xiàn)，進而形成結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方案域，運用數(shù)學(xué)手段，在域中找到可以滿足要求的結(jié)構(gòu)優(yōu)化最佳設(shè)計方案。由此可見，結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計不僅可以提高整體設(shè)計水量及設(shè)計

6、質(zhì)量，還可縮短設(shè)計周期，從而降低整體工程造價，提高經(jīng)濟及社會效益。房屋工程分部結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計包括：基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)方案的優(yōu)化設(shè)計、屋蓋系統(tǒng)方案的優(yōu)化設(shè)計、圍護結(jié)構(gòu)方案的優(yōu)化設(shè)計和結(jié)構(gòu)細部設(shè)計的優(yōu)化設(shè)計。對以上幾個方面的優(yōu)化設(shè)計還包括選型、布置、受力分析、造價分析等內(nèi)容，在實施過程中，不僅要按照一切從實際出發(fā)的原則，更應(yīng)該結(jié)合具體工程的實際情況，圍繞房屋建筑的綜合經(jīng)濟效益的目標(biāo)進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計。在滿足設(shè)計要求后，在進行結(jié)構(gòu)設(shè)計 時應(yīng)該盡量縮小剛度、質(zhì)量中心的差異使平面布置規(guī)則，水平荷載就不會使建筑物有太大的扭轉(zhuǎn)作用。為降低應(yīng)力集中，豎直方向上應(yīng)避開使用轉(zhuǎn)換層。三、結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化技術(shù)結(jié)構(gòu)方案的建立過程即工程結(jié)

7、構(gòu)設(shè)計。伴隨急速更新發(fā)展的計算機硬、軟件產(chǎn)業(yè)，憑借計算機、力學(xué)、數(shù)學(xué)一系列方法，將結(jié)構(gòu)設(shè)計做到最優(yōu)化技術(shù)推廣。結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計及傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計其設(shè)計原則和過程是相同的，不同之處在于傳統(tǒng)設(shè)計缺少安全、經(jīng)濟性作為衡量準則。最優(yōu)設(shè)計則是在安全、經(jīng)濟準則基礎(chǔ)之上，利用計算機作為輔助技術(shù)，非常便利地實現(xiàn)了分析計算、設(shè)計、出效果圖等整套程序的自動化，大大提升了設(shè)計整體效果及質(zhì)量。為了達到降低工程造價之目地，在不更改使用性能的基礎(chǔ)之上，就要對結(jié)構(gòu)進行最優(yōu)化設(shè)計。由此可見結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)是較為寬廣的課題之一。它不僅應(yīng)用于項目的前期、整體、抗震設(shè)計，在舊房改造期間的各個環(huán)境均有廣泛應(yīng)用。結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化技術(shù)在應(yīng)

8、用實踐中應(yīng)注意的問題如下：1、前期方案設(shè)計期間將結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化參與其中建筑方案設(shè)計前期如有一個優(yōu)秀的、合理的設(shè)計方案，并參與結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化，就會爭取到非常優(yōu)秀的開端。但目前在前期設(shè)計方案中結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化參與其中的并不多，如果能對建筑類 別有所針對，并進行合理選擇結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方案，將降低建筑的總投資成本，因此在建筑方案設(shè)計初期應(yīng)注意建筑方案的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，考慮結(jié)構(gòu)的合理及可行性 。2、概念設(shè)計結(jié)合細部結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化概念設(shè)計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)實難免與計算式存在區(qū)別，那么設(shè)計時應(yīng)采取概念設(shè)計方法，使數(shù)值成為輔助及參考根瞎。為達到最佳優(yōu)化設(shè)計效果，設(shè)計人員應(yīng)該靈活運用

9、結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方案。與宏觀把握相對應(yīng)的，設(shè)計的過程同時要注意對于細部的結(jié)構(gòu)設(shè)計優(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。鋼筋選擇時應(yīng)注意：i級鋼和冷軋帶肋鋼市場價格差不多，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)計的時候，外立面上的懸挑板及配筋，應(yīng)在滿足基本規(guī)范要求之上以達到安全、經(jīng)濟之目的。3、結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化下部地基基礎(chǔ)樁基礎(chǔ)類型的選擇，要依據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)條選擇最為合適的結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方案，以降低工程總造價為目的。例如對灌注樁樁長的選擇影 響較大的樁端持力層的選擇，要多進行比較，最終確定最為合適的方案。結(jié)束語建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化是一個復(fù)雜而系統(tǒng)的過程，通常被歸入綜合決策的范疇。在實際優(yōu)化環(huán)節(jié)，既要考慮實用性和安全性，又要考慮經(jīng)濟性，還應(yīng)考慮整體效果，總之，要平衡各方面的關(guān)系。本文對建筑結(jié)構(gòu)空間利用率的優(yōu)化進行了重點探討，對建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化的理念進行了闡釋和延伸，希望能對類似工程建設(shè)提供一些借鑒和幫助。參考文獻：1高鵬