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建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法論文
摘要:當(dāng)前，隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，房屋建筑的數(shù)量在不斷增多，如何提高房屋建筑的美觀性及經(jīng)濟(jì)性，成了當(dāng)前房屋建筑工程建設(shè)的重要問題。要提升房屋建筑的美觀性，降低建設(shè)成本，就需要優(yōu)化建筑機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，將建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法應(yīng)用到房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)當(dāng)中。下面，筆者將對(duì)房屋結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的重要性進(jìn)行介紹。
關(guān)鍵詞:房屋建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；優(yōu)化方法；應(yīng)用
隨著我國人民的住房水平不斷提高，人們對(duì)房屋建筑的要求也越來越高。人們開始重視房屋建筑的美觀性與經(jīng)濟(jì)性及舒適度。目前房屋建筑施工過程中，因施工的機(jī)械化，結(jié)構(gòu)構(gòu)件的工廠預(yù)制、加工所占比重較小，大部分施工工序及構(gòu)件均需現(xiàn)場(chǎng)施工，這樣就使得施工周期及施工難度大大提高。因此在房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段時(shí)，可以采用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法，提升建筑工程施工的便利性，同時(shí)優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，增加建筑的穩(wěn)定性與經(jīng)濟(jì)性。所以建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的作用不可忽視。
1建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法的重要性
1．1符合可持續(xù)發(fā)展觀當(dāng)前，我國正提倡可持續(xù)發(fā)展觀，要促進(jìn)建筑行業(yè)的長遠(yuǎn)發(fā)展，以及促進(jìn)房屋建筑的可持續(xù)發(fā)展就需要采用可長遠(yuǎn)利用的房屋結(jié)構(gòu)，以便于房屋建筑結(jié)構(gòu)可以根據(jù)后續(xù)的需求進(jìn)行相應(yīng)的改動(dòng)，從而降低房屋建筑的短期投資［1］。在我國的房屋建筑造價(jià)的統(tǒng)計(jì)中指出，采用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法，可以降低房屋建筑工程造價(jià)的7%以上。通過建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化，可以提升房屋結(jié)構(gòu)的利用率及經(jīng)濟(jì)效益。因此，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)中具有重要的作用。
1．2符合建筑行業(yè)發(fā)展的需求從我國目前的房屋建筑工程發(fā)展情況來看，建筑的體量將會(huì)不斷上升。因此，需要思考如何降低房屋建筑的成本，同時(shí)保證房屋建筑后續(xù)的利用，滿足房屋建筑后續(xù)的使用需求。使用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法，可以更好的發(fā)揮建筑材料的性能，使建筑結(jié)構(gòu)更具合理性，安全性得到了提高［2］。并且，房屋建筑在優(yōu)化設(shè)計(jì)之后，可以在一定程度上節(jié)省材料，減少成本投入，提高房屋建筑的經(jīng)濟(jì)效益，符合建筑發(fā)展現(xiàn)狀。在采用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法時(shí)，可以使各房屋單位的布局得到優(yōu)化，提升房屋的安全適用性以及美觀性，符合房屋建筑工程的需求。
2建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法的應(yīng)用
2．1對(duì)建筑結(jié)構(gòu)整體與局部的優(yōu)化在房屋建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)中，包含著復(fù)雜性與層次性這兩個(gè)特點(diǎn)。從建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的復(fù)雜性來說，設(shè)計(jì)的內(nèi)容包括建筑材料的選擇以及建筑結(jié)構(gòu)類型的選擇等。從建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的層次性來說，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的內(nèi)容包括建筑整體的設(shè)計(jì)，建筑局部的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，建筑的設(shè)備、電氣設(shè)計(jì)及安裝體系等。在這些體系下，還有許多子體系，通過子體系的聯(lián)結(jié)，可以形成一個(gè)大的結(jié)構(gòu)體系［3］。通過整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與局部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的共同優(yōu)化，可以在很大程度上提升房屋建筑的安全性、合理性，降低工程建設(shè)的成本。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的過程中，需要考慮到建筑整體平面與建筑結(jié)構(gòu)的協(xié)調(diào)，通過對(duì)建筑整體平面與建筑結(jié)構(gòu)的協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)，可以在很大程度上提升建筑的美觀性。保證建筑結(jié)構(gòu)整體上的協(xié)調(diào)優(yōu)化，需要堅(jiān)持簡潔原則，盡量避免墻柱錯(cuò)位的情況發(fā)生。建筑的截面面積需要與建筑的高度相協(xié)調(diào)，保證兩者的比例處于最佳的范圍。在建筑電梯或樓梯的結(jié)構(gòu)優(yōu)化時(shí)，需要盡量降低其自重，選擇承重能力強(qiáng)的材料，保證電梯或樓梯的穩(wěn)固性。建筑在整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化中，需要采用簡潔的幾何結(jié)構(gòu)，在保證建筑穩(wěn)定性的同時(shí)，也提高了建筑的美觀性。整體結(jié)構(gòu)可以通過選擇合理的結(jié)構(gòu)方案，實(shí)現(xiàn)整體結(jié)構(gòu)的優(yōu)化提升。建筑的局部結(jié)構(gòu)使的優(yōu)化提升可以逐漸累積，實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑整體的優(yōu)化提升。設(shè)計(jì)人員在優(yōu)化設(shè)計(jì)的過程中，可以選擇最優(yōu)的局部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，每一個(gè)局部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化可以帶動(dòng)建筑整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化。
2．2對(duì)建筑上部結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)在建筑的上部結(jié)構(gòu)采用的結(jié)構(gòu)類型多種多樣，常見的有磚混結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)、框架結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)等等。對(duì)建筑上部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)優(yōu)化，需要根據(jù)結(jié)構(gòu)類型的不同，采取不同的優(yōu)化措施。
(1)磚混結(jié)構(gòu)的優(yōu)化措施:在方案設(shè)計(jì)階段，對(duì)于磚混結(jié)構(gòu)，承重墻上不宜采用較大洞口、錯(cuò)洞等不利情況。另外洞口兩側(cè)的墻垛長度、構(gòu)造柱的設(shè)置及相關(guān)構(gòu)造措施均應(yīng)滿足現(xiàn)行規(guī)范要求。建筑的層數(shù)及層高不宜突破規(guī)范的相關(guān)要求。且不宜采用混合承重的結(jié)構(gòu)體系，避免出現(xiàn)傳力不明確、結(jié)構(gòu)計(jì)算不清晰的情況。
(2)剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)化措施:在剪力墻的結(jié)構(gòu)方案布置過程中，宜使結(jié)構(gòu)的重心與建筑平面的形心重合，從而避免結(jié)構(gòu)剛度在平面上分布不均勻。剪力墻墻體宜和建筑隔墻重合，在保證結(jié)構(gòu)計(jì)算的安全性的前提下，提高建筑空間的利用率及使用的舒適度。另外避免墻體長度過長或過短保證墻體的穩(wěn)定性，并且可以減少墻肢的數(shù)量，降低施工難度，節(jié)約混凝土、鋼筋、模板等材料［5］。剪力墻宜從下至上連續(xù)設(shè)置，避免剪力墻懸空、重疊、錯(cuò)位等不利情況。在剪力墻結(jié)構(gòu)的上部構(gòu)造配筋的墻體可以考慮減小墻體的厚度從而降低剪力墻的配筋率，提高結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)型。(3)框架結(jié)構(gòu)的優(yōu)化措施:在框架結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)方案布置過程中，宜和結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)合起來，確定柱網(wǎng)、柱距，合理的柱網(wǎng)及柱距可以使結(jié)構(gòu)的安全性和經(jīng)濟(jì)型得到保障;整體平面布局上宜降低建筑中部的剛度(即減小梁、柱截面)，增大建筑兩側(cè)剛度(即增大梁、柱截面)，可避免扭轉(zhuǎn)過大，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的整體抗震性能;框架梁、柱的截面不宜過大或過小，否則會(huì)造成材料的浪費(fèi)，截面過大不但會(huì)影響觀感，在特殊位置也會(huì)影響到空間的使用性;梁、柱中線盡量重合，若梁柱中線距離過大，可考慮梁加腋減少偏心。角柱宜適當(dāng)增大截面，且樓梯間四角宜設(shè)置框柱，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的抗倒塌能力。
(4)鋼筋混凝土樓板的優(yōu)化措施:宜區(qū)分雙向板、單向板及跨度確定樓板的厚度。樓板過厚容易增加結(jié)構(gòu)自重，造成梁、柱內(nèi)力過大，導(dǎo)致梁、柱截面及配筋增大，同時(shí)，樓板太薄影響使用者的舒適度感受，所以確定合適的板厚不僅能降低造價(jià)，也可保證使用的舒適度。對(duì)于開間較大的樓板可采用新空心樓蓋技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，經(jīng)濟(jì)效益較為顯著。
2．3建筑結(jié)構(gòu)建材的優(yōu)化設(shè)計(jì)根據(jù)工程造價(jià)統(tǒng)計(jì)，采用高強(qiáng)度的建材對(duì)工程造價(jià)的降低是有顯著作用的。采用高強(qiáng)度的材料，可以降低結(jié)構(gòu)構(gòu)件的截面，給結(jié)構(gòu)專業(yè)足夠的設(shè)計(jì)空間。另外成品預(yù)制構(gòu)件在工程中占的比重越大，施工的便捷性和經(jīng)濟(jì)型也得以保證。
2．4基礎(chǔ)設(shè)計(jì)優(yōu)化在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，基礎(chǔ)作為建筑結(jié)構(gòu)中的重要結(jié)構(gòu)單元，對(duì)其進(jìn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化是必要的。在建筑的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)中，常見的基礎(chǔ)有獨(dú)立基礎(chǔ)，條形基礎(chǔ)，筏板基礎(chǔ)，樁基礎(chǔ)等等。基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化，在滿足相應(yīng)的設(shè)計(jì)、施工標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，根據(jù)不同的結(jié)構(gòu)類型及不同的地質(zhì)條件的前提下合理選用基礎(chǔ)的類型，不僅能保證建筑結(jié)構(gòu)的安全性之外，還能大大縮短施工難度及施工周期，從而降低工程成本的投入。
3結(jié)語
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，符合可持續(xù)發(fā)展觀以及建筑行業(yè)的發(fā)展需求，可以提高房屋建筑的安全性與美觀性，發(fā)揮建筑材料的最優(yōu)性能，同時(shí)還能降低房屋建筑工程的成本，提高房屋建筑的經(jīng)濟(jì)效益。對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化，牽涉到了建筑的整體優(yōu)化與局部優(yōu)化，是一個(gè)系統(tǒng)性的設(shè)計(jì)優(yōu)化工程，因此，對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法是必要的，并且還需要進(jìn)行深入的研究。
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