張 凡 呂麗娟

(北京交通大學海濱學院，河北 滄州 061199)

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試析房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的優(yōu)化技術(shù)

張 凡 呂麗娟

(北京交通大學海濱學院，河北 滄州 061199)

介紹了房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化技術(shù)應(yīng)用的主要內(nèi)容與原則，結(jié)合房屋建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計要求，從鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)荷載、結(jié)構(gòu)計算周期、基礎(chǔ)拉梁等方面，闡述了優(yōu)化設(shè)計技術(shù)在房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用，確保了結(jié)構(gòu)設(shè)計的科學性。

房屋，建筑結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)荷載，磚混結(jié)構(gòu)

0 引言

建筑業(yè)內(nèi)指出，在對房屋進行建設(shè)的時候，整個過程中有著諸多地方需要格外值得注意。例如，房屋的建設(shè)質(zhì)量、造價成本、實用性以及美觀性等等。這些要素不僅僅是對房屋建筑建設(shè)價值的評測內(nèi)容，也是現(xiàn)代居住環(huán)境的必備要素。為此，房屋建筑需要從設(shè)計之初，便將建筑房屋的設(shè)計觀念進行優(yōu)化，以此來確保建筑方案得以更好地滿足實際需求。

1 房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化技術(shù)應(yīng)用的主要內(nèi)容與原則

1.1 房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化技術(shù)應(yīng)用的主要內(nèi)容

我國的建筑業(yè)市場面臨著殘酷的競爭，企業(yè)要想在競爭激烈的市場中站穩(wěn)腳跟，就要平衡好造價控制和客戶需求的關(guān)系，即不僅能為企業(yè)帶來可觀的收益，而且又能很好滿足客戶的需要。建筑造價中的重要組成就是房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計。企業(yè)的收益取決于房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計是否合理。房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中優(yōu)化技術(shù)的應(yīng)用是建立在對房屋建筑結(jié)構(gòu)有較為全面了解基礎(chǔ)上的，只有這樣才能找到建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中存在的問題，才能通過科學有效的方法解決房屋設(shè)計中存在的問題，從而實現(xiàn)房屋的經(jīng)濟適用功能。房屋建筑主體結(jié)構(gòu)和子結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計是應(yīng)用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)優(yōu)化應(yīng)用的關(guān)鍵。房屋建筑的基本框架是由房屋的主體結(jié)構(gòu)決定的。主體結(jié)構(gòu)的設(shè)計出現(xiàn)差池直接對整個房屋的安全性產(chǎn)生威脅，所以要對房屋的主體結(jié)構(gòu)的技術(shù)進行優(yōu)化，與此同時，還要對主體結(jié)構(gòu)的平穩(wěn)性和協(xié)調(diào)性根據(jù)需要進行調(diào)整。此外，房屋建筑結(jié)構(gòu)類型選擇、受理情況分析、房屋建筑內(nèi)外部的布置、屋頂?shù)脑O(shè)計等基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)都可以應(yīng)用優(yōu)化技術(shù)。

1.2 房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化技術(shù)應(yīng)用的主要原則

房屋結(jié)構(gòu)在進行設(shè)計的過程中，需要做到一方面對設(shè)計方法的優(yōu)化，以此來更好地提高設(shè)計活動對材料的使用效率；另一方面，也要讓房屋建筑的設(shè)計活動得以將安全性、功能性以及美觀性體現(xiàn)出來，繼而切實地提高房屋建筑的綜合效益。針對于這樣的需求存在，建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計中需要讓設(shè)計方法本身得以被更好地運用起來。

1.2.1 功能性

建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計活動需要將其功能性體現(xiàn)出來，其不能為了提高空間范圍而將建筑物內(nèi)部承壓梁去除，其需做到對建筑物安全性能的根本保障，且優(yōu)化居住環(huán)境的舒適度。特別是隨著社會主義市場經(jīng)濟的不斷發(fā)展，消費者在對房屋設(shè)計進行選擇的時候，其有著更為具體的設(shè)計要求，使得設(shè)計活動本身的開展難度提高，其不僅僅需要將實用性體現(xiàn)出來，也要將建筑物的美觀性與協(xié)調(diào)性展示出來，繼而使建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計得以獲得更多的認可。

1.2.2 安全性

城市化的發(fā)展讓城市有著越來越多的建筑，人們的生產(chǎn)與生活都離不開建筑物。而建筑物的安全性將是一切建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計活動的開展前提，只有保障了建筑物的安全性才能對建筑物的功能性與經(jīng)濟性進行設(shè)計。為此，建筑物的安全性是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計活動的重中之重。

1.2.3 經(jīng)濟性

市場經(jīng)濟體制下，房屋建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計也需要將經(jīng)濟性的要求體現(xiàn)出來，做到對建筑成本的控制，在保障安全性的前提下來對建筑成本有效控制，繼而讓建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的經(jīng)濟性得以獲得消費者的更多認可。

2 房屋建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計要求

2.1 房屋基礎(chǔ)工程設(shè)計要求

眾所周知，對于房屋建筑來說，地基基礎(chǔ)的重要性是不言而喻的。尤其隨著如今房屋建筑高度逐漸增加，其結(jié)構(gòu)難度又變大的情況下，加強基礎(chǔ)工程的優(yōu)化設(shè)計就顯得十分關(guān)鍵。在進行基礎(chǔ)工程的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計中，應(yīng)該充分依據(jù)和利用地質(zhì)勘查報告中的信息內(nèi)容，全面地考慮各方面不可確定的影響因素，從而以適用、安全、準確等要求為原則，設(shè)計出較為合理的基礎(chǔ)方案。尤其在建筑結(jié)構(gòu)的整體性、耐久性和實用性等方面需要較高標準的規(guī)定下，設(shè)計人員抓住基礎(chǔ)工程的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計中不容忽視的關(guān)鍵點，就顯得非常重要。

2.2 磚混結(jié)構(gòu)設(shè)計要求

在進行磚混結(jié)構(gòu)房屋的優(yōu)化設(shè)計時，不可忽視的一個重要環(huán)節(jié)就是對構(gòu)造柱的科學選取和合理設(shè)計,以確保其滿足以下兩個方面的要求：一是施工前的荷載；二是竣工后的裝飾，兩者缺一不可。所以應(yīng)該根據(jù)施工現(xiàn)場情況，選取合適的位置增設(shè)構(gòu)造柱，充分考慮其受力問題，使得通過優(yōu)化設(shè)計的磚混結(jié)構(gòu)，可以更有效地提高其抗震性能，同時又減弱了因磚砌體本身拉結(jié)不足而帶來的不良影響。

3 優(yōu)化技術(shù)在房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用體現(xiàn)

以某地區(qū)的房屋建筑工程為例，一棟四層，3.9 m高的白領(lǐng)寫字樓，結(jié)構(gòu)形式為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，總體建筑面積為7 382.5 m2，長度和寬度分別是67.9 m，21.3 m，抗震設(shè)防烈度是8度,凍土深度為1.02 m，結(jié)合現(xiàn)場地質(zhì)環(huán)境條件以及各方面影響因素來考慮，借助計算機等工具配合輔助設(shè)計，再運用結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的方法，使得該項目經(jīng)優(yōu)化后，無論是造價成本還是質(zhì)量安全，均得到一定的改善。

3.1 鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計體現(xiàn)

該項目的結(jié)構(gòu)形式為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，通過利用有限元法，并結(jié)合結(jié)構(gòu)截面獲悉情況：首先從整體結(jié)構(gòu)入手，實行結(jié)構(gòu)受力分析，然后進行結(jié)構(gòu)分解，針對重要的節(jié)點局部受力情況進行優(yōu)化，最后根據(jù)一些相關(guān)理論和公式，推導計算出鋼筋混凝土框架最佳結(jié)構(gòu)設(shè)計效果，以滿足相關(guān)規(guī)范要求。

3.2 基礎(chǔ)荷載的優(yōu)化設(shè)計體現(xiàn)

由于該項目工程為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，且整個建筑的層數(shù)只有4層，層數(shù)不算多。在進行工程設(shè)計之前，根據(jù)《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》第4.2.1條的規(guī)定，可不必做基礎(chǔ)抗震能力的驗算的。因此在進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計時將風荷載作為設(shè)計中不可忽略的考慮因素，這樣可以保證基礎(chǔ)設(shè)計更合理、更穩(wěn)定。

3.3 工程結(jié)構(gòu)計算周期的優(yōu)化設(shè)計體現(xiàn)

通過對本項目工程概況的了解，得知該工程設(shè)計中采用的填充墻體主要以輕質(zhì)墻體為主。在進行優(yōu)化設(shè)計的時候，保證建筑設(shè)計使用年限不變，同時要求針對結(jié)構(gòu)計算周期進行折減計算，乘以相應(yīng)的折減系數(shù)，其取值范圍在0.7～0.8，從而達到保障建筑工程質(zhì)量和正常使用的目的，所以該項優(yōu)化設(shè)計環(huán)節(jié)是必不可少的。

3.4 工程中基礎(chǔ)拉梁的優(yōu)化設(shè)計體現(xiàn)

依據(jù)該項目的工程概況，考慮到建筑的抗震效果，因而在進行結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計時，通常以短柱的形式進行基礎(chǔ)部分的設(shè)計，而基礎(chǔ)拉梁截面高度的確定主要取相鄰兩個短柱的中心距的1/20位置處。而在實際的建筑工程施工過程中，一般應(yīng)將基礎(chǔ)拉梁設(shè)計為最大，進而實現(xiàn)混凝土框架結(jié)構(gòu)和拉梁的正負彎矩均處于同一個狀態(tài)下，以使工程項目達到安全性、穩(wěn)定性和抗震性好的目的。

4 結(jié)語

要將建筑的功能性設(shè)計應(yīng)用到建筑結(jié)構(gòu)中。同時，也能因操作性較強而被更好地運用到實踐建設(shè)中去。在這個過程中，房屋建筑的設(shè)計需要圍繞著其功能性、安全性以及使用耐久度來最大程度地降低建設(shè)成本。這就要求我們在對房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化，并且技術(shù)應(yīng)用的結(jié)構(gòu)設(shè)計的各個環(huán)節(jié)，確保結(jié)構(gòu)設(shè)計的科學性。因此在今后的設(shè)計工作中，應(yīng)當對房屋建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計進行多角度、全方位的分析，進而實現(xiàn)人力和技術(shù)的平衡。

[1] 朱葛明.房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中常見問題及對策分析[J].科技傳播,2014(6):30,34.

[2] 王 璇,王 磊.房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中優(yōu)化技術(shù)應(yīng)用探討[J].工業(yè)設(shè)計,2015(5):73-74.

[3] 張 鵬.探討房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的常見問題[J].中國建筑金屬結(jié)構(gòu),2013(20):84.

Analysis on the optimization techniques in houses building structure design

Zhang Fan Lv Lijuan

(HaibinSchool,BeijingJiaotongUniversity,Cangzhou061199,China)

This paper introduced the main contents and principles in houses building structure design and optimization technology application, combining with the optimization design requirements of houses building structure, from the reinforced concrete frame structure, foundation load, structure calculation cycle, fundamental beam and other aspects, elaborated the application of optimization design technology in houses building structure, ensured the scientific of structure design.

houses, building structure, foundation load, brick concrete structure

1009-6825(2017)11-0052-03

2017-02-08

張 凡(1995- )，男，在讀本科生; 呂麗娟(1988- )，女，助教

TU318

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