淺析房屋建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方案與應(yīng)用

1、<p>　　淺析房屋建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方案與應(yīng)用</p><p>　　摘 要:建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)在房屋項(xiàng)目中的科學(xué)靈活應(yīng)用，能夠?yàn)槠髽I(yè)和使用者節(jié)省一定的資金成本和資源，能夠提高建筑房屋的質(zhì)量安全程度和使用壽命，因此，現(xiàn)代建筑項(xiàng)目中，各大建筑設(shè)計(jì)師都必須要合理根據(jù)建筑施工要求來(lái)科學(xué)應(yīng)用結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)，提高其房屋建筑項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益和質(zhì)量安全。 </p><p>　　關(guān)鍵詞: 結(jié)構(gòu)設(shè)

2、計(jì)方案問題應(yīng)用 </p><p>　　中圖分類號(hào)：C35文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A </p><p>　　前言：現(xiàn)代社會(huì)對(duì)房屋建筑物的功能、安全、質(zhì)量方面比之前要求更為嚴(yán)格的同時(shí)，也對(duì)其房屋的經(jīng)濟(jì)美觀和是與實(shí)用方面也提出了個(gè)性化規(guī)定。因此，現(xiàn)代建筑行業(yè)為了滿足市場(chǎng)大眾多元化、高技術(shù)化、經(jīng)濟(jì)化以及高質(zhì)量安全化，就必須在其房屋的結(jié)構(gòu)中廣泛運(yùn)用優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)，這樣不僅能夠?yàn)槭┕て髽I(yè)、承包商以及居住使用者節(jié)省

3、大筆成本，還能夠提升企業(yè)建筑施工的可執(zhí)行性、質(zhì)量程度和安全使用程度。因此，現(xiàn)代建筑企業(yè)對(duì)于結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)的應(yīng)用就具備了高度的現(xiàn)實(shí)意義。 </p><p>　　1 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的模型和方案 </p><p>　　房屋工程分部結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)包括: 基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)方案的優(yōu)化設(shè)計(jì)、屋蓋系統(tǒng)方案的優(yōu)化設(shè)計(jì)、圍護(hù)結(jié)構(gòu)方案的優(yōu)化設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)細(xì)部設(shè)計(jì)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。對(duì)以上幾個(gè)方面的優(yōu)化設(shè)計(jì)還包括選型、布置、受力分析、造價(jià)

4、分析等內(nèi)容，在實(shí)施過(guò)程中，還應(yīng)該按照一切從實(shí)際出發(fā)的原則，結(jié)合具體工程的實(shí)際情況，圍繞房屋建筑的綜合經(jīng)濟(jì)效益的目標(biāo)進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)在滿足設(shè)計(jì)意圖后，盡量使平面布置規(guī)則，縮小剛度和質(zhì)量中心的差異，這樣水平荷載就不會(huì)使建筑物有太大的扭轉(zhuǎn)作用。豎直方向上應(yīng)避開使用轉(zhuǎn)換層，減少應(yīng)力集中現(xiàn)象。 </p><p>　　1．1 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)模型 </p><p>　　結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化就是

5、在各種影響變量中選擇主要參數(shù)，并建立函數(shù)模型，運(yùn)用科學(xué)合理的方法得出最優(yōu)解。結(jié)構(gòu)總體的優(yōu)化建立模型的大致步驟是: 設(shè)計(jì)變量的合理選擇。通常的設(shè)計(jì)變量選擇對(duì)設(shè)計(jì)要求影響較大的參數(shù)，將所涉及的參數(shù)按照各自的重要性區(qū)分，將對(duì)變化影響不大的參數(shù)定為預(yù)定參數(shù)，通過(guò)這種方法可減少很多計(jì)算編程的工作量。目標(biāo)函數(shù)的確定。使用函數(shù)找出滿足既定條件的最優(yōu)解。最后，約束條件的確定。房屋結(jié)構(gòu)可靠度優(yōu)化設(shè)計(jì)的約束條件，包括了應(yīng)力約束、裂縫寬度約束、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度約束、

6、尺寸約束、從正常時(shí)的極限狀態(tài)下彈性約束到終極狀態(tài)的彈塑性約束、從可靠指標(biāo)約束到確定性約束條件等。設(shè)計(jì)中，要保證各約束條件必須符合現(xiàn)行規(guī)范的要求。 </p><p>　　1. 2 房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本方法 </p><p>　　(1) 當(dāng)結(jié)構(gòu)平面圖在繪制結(jié)構(gòu)平面布置圖時(shí)，需要輸入結(jié)構(gòu)軟件進(jìn)行建模。建筑物根據(jù)設(shè)防類別、烈度、結(jié)構(gòu)類型和房屋高度進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算和構(gòu)造措施要求。注意“地震作用”、“

7、抗震措施”與“抗震構(gòu)造措施”，提高地震作用，則結(jié)構(gòu)的各構(gòu)件均全面增加材料; 抗震措施指除地震作用計(jì)算和抗力計(jì)算以外的抗震設(shè)計(jì)內(nèi)容，包括抗震構(gòu)造措施，其中的一般規(guī)定及計(jì)算要點(diǎn)中的地震作用效應(yīng)(內(nèi)力和變形) 調(diào)整的規(guī)定均屬于抗震措施，提高抗震措施，著眼于把財(cái)力、物力用在增加結(jié)構(gòu)薄弱部位的抗震能力上，是經(jīng)濟(jì)而有效的方法; 抗震構(gòu)造措施指根據(jù)抗震概念設(shè)計(jì)原則，一般不需計(jì)算而對(duì)結(jié)構(gòu)和非結(jié)構(gòu)各部分必須采取的各種細(xì)部要求。設(shè)計(jì)中需要注意受壓和局部受壓

8、的一些問題。 </p><p>　　(2) 屋頂(面) 結(jié)構(gòu)圖當(dāng)建筑是坡屋面時(shí)，結(jié)構(gòu)處理方式有梁板與及折板式兩種。梁板式適用于建筑平面不規(guī)整，板跨度較大，屋面坡度及屋脊線轉(zhuǎn)折復(fù)雜的坡屋面，折板式適用于相反的條件。兩種形式的板均為偏心受拉構(gòu)件。板配筋時(shí)應(yīng)有部分或全部的板負(fù)筋拉通以抵抗拉力。板厚基于構(gòu)造需要一般不宜小于120 厚。至于坡屋面板的平面畫法，通常使用剖面示意圖加大樣詳圖的表示方法，這樣更便于施工人員正確理

9、解圖紙。正確繪圖和設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是設(shè)計(jì)人員真正的心知肚明，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)者必須要具備一定的空間概念，正確理解建筑圖紙和意圖。設(shè)計(jì)的圖紙方能讓施工人員明白。由于屋面的起坡會(huì)造成閣樓層的部分墻體超高，要結(jié)合門窗頂設(shè)置圈梁來(lái)降低墻的計(jì)算高度。 </p><p>　　1．3 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案 </p><p>　　結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化設(shè)計(jì)多個(gè)變量、多個(gè)約束條件，屬于一個(gè)非線性的優(yōu)化問題，設(shè)定計(jì)算方案時(shí)，常將有約束條

10、件轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)約束條件來(lái)計(jì)算。常用的方法有拉氏乘子法、符合型法等。完成計(jì)算方案的設(shè)定后只需編制相應(yīng)適用的運(yùn)算程序即可得到我們的最終優(yōu)化結(jié)果。 </p><p>　　2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)在應(yīng)用中的幾個(gè)問題 </p><p>　　結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法應(yīng)用于實(shí)踐之中，是目前一個(gè)比較廣泛的課題，利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化的方法在不改變適用性能的前提下達(dá)到降低工程造價(jià)的目的。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化設(shè)計(jì)應(yīng)用于項(xiàng)目的整體設(shè)計(jì)、前期設(shè)計(jì)

11、，舊房改造，抗震設(shè)計(jì)等設(shè)計(jì)的各分部環(huán)節(jié)，發(fā)揮著巨大的效益。在按照結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的方法及模型進(jìn)行實(shí)踐的過(guò)程中，要注意下面的幾個(gè)問題。 </p><p><b>　　2．1 前期參與 </b></p><p>　　因?yàn)榍捌诜桨傅拇_定直接影響建筑的總投資，而現(xiàn)在存在的普遍問題就是前期方案階段結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)并不進(jìn)行參與，建筑師進(jìn)行建筑設(shè)計(jì)時(shí)大多并不考慮結(jié)構(gòu)的合理性以及它的可行性，但是

12、建筑設(shè)計(jì)的結(jié)果卻直接對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)造成影響，某些方案可能會(huì)增加結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的難度，并使得建筑的總投資提高。如果在方案的初期，結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)就能參與進(jìn)來(lái)，那么我們就能針對(duì)不同的建筑類別，選擇合理的結(jié)構(gòu)形式，合理的設(shè)計(jì)方案，獲得一個(gè)良好的開端。 </p><p>　　2．2 細(xì)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化 </p><p>　　概念設(shè)計(jì)應(yīng)用于沒有具體數(shù)值量化的情況，設(shè)計(jì)過(guò)程中需要設(shè)計(jì)人員靈活的運(yùn)用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的方法，

13、達(dá)到最佳的效果。與宏觀把握相對(duì)應(yīng)的，設(shè)計(jì)的過(guò)程同時(shí)要注意對(duì)于細(xì)部的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化，比如現(xiàn)澆板中的異形板拐角處易出現(xiàn)裂縫，可劃分為矩形板。注意鋼筋的選擇，I 級(jí)鋼和冷軋帶肋鋼市場(chǎng)價(jià)格差不多，但是他們的極限抗拉力卻相差很大，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(jì)的時(shí)候，外立面上的懸挑板及配筋，滿足基本的規(guī)范要求即可，達(dá)到既安全又經(jīng)濟(jì)的目的。 </p><p>　　2．3 地基基礎(chǔ)

14、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) </p><p>　　地基基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化首先要選擇合適的方案，如果為樁基礎(chǔ)，那么要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件選擇樁基類型，盡量節(jié)省造價(jià)。樁端持力層對(duì)灌注樁樁長(zhǎng)的選擇影響很大，應(yīng)多進(jìn)行比較以確定最合適的方案。 </p><p>　　3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的的功用 </p><p>　　3．1 降低總造價(jià) </p><p>　　進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中，

15、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(huì)加大，樓與樓之間的間距也要加大，這時(shí)占用的土地節(jié)約量就不與建筑層數(shù)增加比例相同了。對(duì)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(huì)增大，我們需要增大基礎(chǔ)，這樣單位面積的造價(jià)有所降低，但是卻沒有屋蓋的效果那樣明顯。 </p><p>　　3．2 提高建筑結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)

16、性 </p><p>　　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(huì)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(huì)加長(zhǎng); 相反降低層高，可節(jié)省材料，有利用抗震，同時(shí)建筑的總高度減小，兩建筑之間的日照距離就會(huì)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(shí)，它的外墻周長(zhǎng)也就會(huì)不同，這樣當(dāng)選擇圓形或是越接近于方形時(shí)，外墻周長(zhǎng)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(shí)其受力性

17、能也得到提高，增強(qiáng)了建筑的經(jīng)濟(jì)性能。優(yōu)化方法的技術(shù)性實(shí)現(xiàn)，可以最合理的利用材料性能使建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)部各單元得到最好的協(xié)調(diào)，不僅可以實(shí)現(xiàn)建筑美觀、實(shí)用，而且在造價(jià)方面也有較大的節(jié)省，達(dá)到了建筑工程設(shè)計(jì)對(duì)適用、安全、經(jīng)濟(jì)、美觀和便于施工的一般要求。通過(guò)使用優(yōu)化設(shè)計(jì)手段，達(dá)到這5個(gè)方面的最佳結(jié)合，符合現(xiàn)今建筑商對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)的效益的需求，也符合市場(chǎng)可持續(xù)發(fā)展的需求。 </p><p><b>　　4 結(jié)束語(yǔ) <