結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化技術(shù)及其在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用

1、<p>　　結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化技術(shù)及其在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用</p><p>　　【摘要】在建筑工程中，建筑結(jié)構(gòu)的造價占據(jù)著最大的比例，而對結(jié)構(gòu)設(shè)計進行的優(yōu)化技術(shù)則能夠為整個建筑工程提供一定的經(jīng)濟效益。廣大的建筑設(shè)計部門和單位，通過對建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計，多采用現(xiàn)代化的科學(xué)技術(shù)手段，在保證建筑質(zhì)量的前提下，實現(xiàn)降低建筑工程成本的目的，能夠節(jié)約造價，并提升建筑的經(jīng)濟效益。 </p><p>

2、;　　【關(guān)鍵詞】結(jié)構(gòu)設(shè)計；優(yōu)化技術(shù)；房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計；應(yīng)用 </p><p><b>　　引言 </b></p><p>　　在眾多的建筑工程中，成本造價都是必須要重視的一個問題，而在整個造價中，建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計占據(jù)著較大的部分花費，而如果通過結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化技術(shù)，就能夠?qū)⑦@一問題解決，減少造價的壓力。因此，在建筑工程中，建設(shè)的設(shè)計單位在進行結(jié)構(gòu)設(shè)計的時候，在滿足建筑需求的前

3、提下，通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)對建筑結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，對整個建筑工程非常有利。 </p><p>　　1.結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化技術(shù) </p><p>　　1.1結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化技術(shù)的原則 </p><p>　　結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化要求我們從工程的設(shè)計和價值角度去思考方案。結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化是追求最合理地利用材料的性能，使各構(gòu)件或各設(shè)計專業(yè)得到最好的協(xié)調(diào)。它不僅具備了傳統(tǒng)設(shè)計方案所要求的規(guī)范以及規(guī)范所要求

4、的安全度，而且也具備了現(xiàn)今價值學(xué)和審美學(xué)的成分。結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化是對結(jié)構(gòu)設(shè)計進行深化、調(diào)整、改善與提高，也就是對結(jié)構(gòu)進行高質(zhì)量再加工的過程。結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化不是以犧牲結(jié)構(gòu)安全度與抗震性能為代價，而是經(jīng)過結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的過程，使建筑功能更協(xié)調(diào)，成本更低，結(jié)構(gòu)更安全。 </p><p>　　1.2實施結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化技術(shù)所遵循的要點 </p><p>　　1.2.1科學(xué)地遵循結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范 </p>

5、;<p>　　建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計工作要求結(jié)構(gòu)設(shè)計工程師們不僅要具備豐富的設(shè)計經(jīng)驗，也要對結(jié)構(gòu)規(guī)范的條文熟知，即在結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范的要求下，將自身的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案貫穿于項目設(shè)計中。規(guī)范更多的是針對量大面廣的工程，因而某些條文的規(guī)定會偏于保守；此外，用于一些特殊、復(fù)雜工程的設(shè)計時，有些條文則不夠安全。所以，結(jié)構(gòu)工程師在設(shè)計中應(yīng)運用良好的專業(yè)知識與正確的判斷力把握設(shè)計，做到設(shè)計成果不斷優(yōu)化與創(chuàng)新。 </p><p>

6、　　1.2.2結(jié)構(gòu)工程師前期參與和主動參與的重要性 </p><p>　　強調(diào)結(jié)構(gòu)工程前期參與和主動參與是實施結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)的重中之重。在實際施工期間，建筑師很難對結(jié)構(gòu)體系的受力做到正確的分析，既建筑師的結(jié)構(gòu)思想不能完全替代結(jié)構(gòu)工程師的設(shè)計理念、經(jīng)驗和判斷，也無法彌補結(jié)構(gòu)與建筑專業(yè)技術(shù)共識的空白與隔閡。既具有扎實的結(jié)構(gòu)設(shè)計理論功底，又具有豐富工程實踐經(jīng)驗的結(jié)構(gòu)工程師，積極主動地參與前期方案設(shè)計，幫助建筑師構(gòu)思與創(chuàng)新

7、，才能創(chuàng)作出優(yōu)秀的設(shè)計作品，更好使整個建筑的功能得到徹底的體現(xiàn)。 </p><p>　　1.2.3加強各專業(yè)之間的協(xié)調(diào)與合作 </p><p>　　結(jié)構(gòu)優(yōu)化是一個系統(tǒng)的工作，需其它專業(yè)的協(xié)調(diào)與配合。從建筑學(xué)發(fā)展角度分析，現(xiàn)代建筑是建筑、結(jié)構(gòu)、設(shè)備三大要素構(gòu)成的綜合產(chǎn)品，所以在實施中要強化分工與合作，強化專業(yè)之間的協(xié)調(diào)與合作，這樣才能創(chuàng)作出各構(gòu)成要素有機結(jié)合的完美作品。在整個項目開展中，建筑

8、設(shè)計與結(jié)構(gòu)設(shè)計是整個設(shè)計過程中最重要的兩個環(huán)節(jié)，二者的結(jié)合不僅能夠達到實用美觀大方的效果，而且可以使結(jié)構(gòu)受力更趨于合理進而降低成本和簡化施工。在建筑設(shè)計中，許多建筑設(shè)計人員只強調(diào)方案創(chuàng)作的新奇，不遵循建筑的基本力學(xué)規(guī)律，這樣的方案往往會造成結(jié)構(gòu)設(shè)計困難。還有一些建筑師在設(shè)計過程中往往忽視力學(xué)的基本規(guī)律，如將抗震設(shè)防區(qū)的高層建筑電梯或樓梯偏置在建筑一側(cè)，使得剛度中心與質(zhì)量中心之間的偏心距過大，在水平荷載作用下產(chǎn)生大的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。從以上的例子

9、可以分析出，加強專業(yè)的合作與協(xié)調(diào)是實現(xiàn)結(jié)構(gòu)合理、成本降低的重要途徑。 </p><p>　　2.民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計與經(jīng)濟性的關(guān)系 </p><p>　　2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計與用地的關(guān)系 在多層或者高層住宅建筑中，各層建筑面積的總數(shù)就是整個工程的建筑總面積，因此，建設(shè)的樓房層數(shù)越多，單位面積上分?jǐn)偟姆课菝娣e就少。但是，同時建筑的層數(shù)增加對建筑房屋之間的樓間距是有影響的，并不是層數(shù)越多，產(chǎn)生的經(jīng)濟效

10、益就越大。 </p><p>　　2.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計與造價的關(guān)系 建筑的層數(shù)和單位建筑的面積造價是有直接的關(guān)系的，但是在影響的程度上是各有不同的。例如在樓頂?shù)牟糠郑驗椴还芙ㄔ於嗌賹拥臉?，都是只有一個樓頂，因此，樓頂?shù)慕ㄖ靸r并不是因為層數(shù)的增加而增加造價，而是隨著層數(shù)的增加樓頂單位面積的造價是下降的。但是在基礎(chǔ)的部分，各層是共用的，樓層越高，對于基礎(chǔ)部分的承載要求也越高，這就需要增加造價，以達到整體建筑的承載要求

11、。另外，在承重部分，和基礎(chǔ)部分一樣，隨著樓層數(shù)的增加，對于承重的要求也提升，造價也會增加。 </p><p>　　2.3 高層住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計與經(jīng)濟性的關(guān)系 住宅樓的樓層數(shù)和住宅樓的造價也是有直接的關(guān)系的，樓層數(shù)越多，整個工程的墻面面積以及支撐結(jié)構(gòu)的要求也越高，這就會增加基礎(chǔ)和承載結(jié)構(gòu)的造價，同樣建筑內(nèi)部的水電結(jié)構(gòu)管線也會增加，這些都是提升造價的地方。降低住宅樓的層數(shù)，不僅能夠減少建筑的成本，以及建筑附屬設(shè)施的成本，

12、還可以節(jié)約土地，因為樓層低，日照好，樓間距會適當(dāng)?shù)目s小，單位土地面積上的利用率也會增加。 </p><p>　　建筑的平面形狀對于建筑的成本也有一定的影響。在建筑面積相同的情況下，建筑的平面形狀在接近方形或者圓形的情況下，整個建筑的造價會降低。但是在設(shè)計的時候，需要考慮到建筑的使用方便，因此通常我們的單體建筑平面形狀都是設(shè)計成矩形，不僅降低了成本，還適合人體的視覺感官以及滿足了使用要求。 </p>

13、<p>　　3.結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化技術(shù)在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用 </p><p>　　3.1結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)的基本應(yīng)用 </p><p>　　結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法的應(yīng)用具體體現(xiàn)在房屋工程結(jié)構(gòu)總體的優(yōu)化設(shè)計和房屋工程分部結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計兩方面。其中房屋工程分部結(jié)構(gòu)的優(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

14、包括選型、布置、受力分析、造價分析等內(nèi)容，并應(yīng)在滿足設(shè)計規(guī)范和使用的前提下，結(jié)合具體工程的實際要求，來實現(xiàn)規(guī)范要求和經(jīng)濟要求的最大化。 </p><p>　　3.2結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化技術(shù)在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用 </p><p>　　3.2.1結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化技術(shù)與建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的結(jié)合 </p><p>　　一般建筑物的設(shè)計方式總是從結(jié)構(gòu)布置開始，確定了結(jié)構(gòu)布置后根據(jù)不同的荷載情

15、況來分析過程中的參數(shù)、材料等要求，然而這些數(shù)據(jù)的分析往往是計算機不能達到的，需要結(jié)構(gòu)設(shè)計人員對整個方案進行充分的例證，才能做出判斷。而這些判斷只能在結(jié)構(gòu)設(shè)計的一般規(guī)律指導(dǎo)下，根據(jù)工程實踐經(jīng)驗進行，這便是結(jié)構(gòu)概念設(shè)計。因此，結(jié)構(gòu)概念設(shè)計是開展施工的必要前提。 </p><p>　　3.2.2結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化處理的建筑抗震缺陷問題 </p><p>　　結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)不僅能在降低成本、簡化施工方面得

16、到體現(xiàn)，而且在建筑物的抗震方面也是頗有作為的。結(jié)構(gòu)設(shè)計能夠使建筑物在各種不期而遇的外部作用下不受破壞，或?qū)⑵茐某潭冉抵磷畹?。因此，分析建筑物可能遭受的各種不確定因素成為結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的重要內(nèi)容。實際中，地震破壞最為難以預(yù)測，且破壞性最大。所以，建筑設(shè)計過程中應(yīng)該未雨綢繆，從計算及構(gòu)造等各個方面都要采取一些有助于提高抗震能力的措施。例如：剛度均勻、對稱是減小地震對建筑物產(chǎn)生不利影響的重要手段；延性設(shè)計則能有效地防止結(jié)構(gòu)在地震作用下發(fā)生的脆性

17、破壞；多道設(shè)防思想能使建筑物在特大地震作用下次要的構(gòu)建先破壞，從而使整個建筑物得到局部的緩沖。這些抗震設(shè)防思想在整個設(shè)計過程中都應(yīng)該作為結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的重要指導(dǎo)理念。 </p><p><b>　　4.結(jié)束語 </b></p><p>　　結(jié)構(gòu)優(yōu)化是系統(tǒng)工程，要求結(jié)構(gòu)工程師與其他工種的設(shè)計人員密切配合，通過正確地使用結(jié)構(gòu)分析軟件、選擇最佳結(jié)構(gòu)體系、充分挖掘基礎(chǔ)設(shè)計的內(nèi)在

18、潛力，運用科學(xué)的方法與手段，讓結(jié)構(gòu)優(yōu)化貫穿設(shè)計的全過程，充分體現(xiàn)結(jié)構(gòu)優(yōu)化的價值，使建筑功能更為合理甚至得到提升，使結(jié)構(gòu)安全度和抗震性能提高，減少和避免設(shè)計差錯，降低工程建設(shè)造價，縮短建設(shè)工期。 </p><p><b>　　參考文獻 </b></p><p>　　[1]張炳華.土建結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計[M].上海：同濟大學(xué)出版社，2008：34-36. </p>