淺談建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

1、<p>　　淺談建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)</p><p>　　摘要：在建筑物的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)是節(jié)省工程造價(jià)的一個(gè)十分主要本領(lǐng)， 并且也關(guān)系著建筑物的安全性和投資效果與利益最大化的實(shí)現(xiàn)。本文主要闡述了建筑物結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法及經(jīng)濟(jì)性，同時(shí)也提出了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的現(xiàn)實(shí)意義。 </p><p>　　關(guān)鍵詞:優(yōu)化設(shè)計(jì);建筑結(jié)構(gòu);方法 </p><p>　　中

2、圖分類號(hào)：TU2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A </p><p>　　引言 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)是上世紀(jì)六十年代以后出現(xiàn)的一種設(shè)計(jì)方法。結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)實(shí)際上指的是結(jié)構(gòu)分析，其過程大致是假設(shè)-分析-校核-重新設(shè)計(jì)。重新設(shè)計(jì)的目的也是選出相對(duì)最優(yōu)秀的設(shè)計(jì)方案。它的出現(xiàn)，使工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)由以往被動(dòng)的安全校核轉(zhuǎn)化為積極主動(dòng)的選優(yōu)設(shè)計(jì)，為實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的最終目標(biāo)--安全和經(jīng)濟(jì)提供了有效途徑。 </p><p>　　1.建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)

3、化設(shè)計(jì)的概述 建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的基本理論建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)主要體現(xiàn)在建筑工程的決策階段、設(shè)計(jì)階段、建設(shè)階段。在建筑工程的決策階段，確定結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)所要達(dá)到的總體目標(biāo)，滿足本體功能，最大程度保障安全性，縮減投資成本；在建筑工程的設(shè)計(jì)階段，確定每一個(gè)子系統(tǒng)及整體結(jié)構(gòu)的優(yōu)化布局；在建筑工程的建設(shè)階段，以結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)為建設(shè)原則，組織建設(shè)好每一個(gè)子系統(tǒng)從而實(shí)現(xiàn)整體結(jié)構(gòu)優(yōu)化布局。決策階段結(jié)構(gòu)優(yōu)化選擇是關(guān)鍵，設(shè)計(jì)階段結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)是核心，建設(shè)階段結(jié)構(gòu)

4、優(yōu)化建設(shè)是基礎(chǔ)，三個(gè)階段互相驗(yàn)證、互為補(bǔ)充、缺一不可。建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的基本要求:功能性建筑是人類的基礎(chǔ)物質(zhì)生存環(huán)境，建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化的終極目標(biāo)就是為了滿足人類對(duì)物質(zhì)生存環(huán)境的最大化需求。 </p><p>　　2.建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)基本原則 </p><p>　　2.1建筑平面布置產(chǎn)生規(guī)則結(jié)構(gòu)效應(yīng)的原則 </p><p>　　有規(guī)則建筑體型和平面布置的結(jié)構(gòu)，因其受力較簡(jiǎn)

5、單，造價(jià)相對(duì)較低。但由于不同使用功能的需要，建筑的體型和平面布置是多種多樣的，不可能因結(jié)構(gòu)要求規(guī)則而對(duì)建筑師的創(chuàng)作提出無理要求，倒是可以在滿足不同使用功能的前提下，通過對(duì)結(jié)構(gòu)墻、柱的布局和墻肢長(zhǎng)短的調(diào)節(jié)，使不規(guī)則的建筑體型和平面布置產(chǎn)生規(guī)則結(jié)構(gòu)的效應(yīng)，同樣可以使建筑結(jié)構(gòu)達(dá)到經(jīng)濟(jì)合理和安全耐用的預(yù)定目標(biāo)。 </p><p>　　2.2提高建筑舒適度原則 </p><p>　　所謂好的建筑，應(yīng)

6、是從建筑、結(jié)構(gòu)、裝飾裝修到給排水、暖通、空調(diào)、燃?xì)?、電氣安裝等各專業(yè)的優(yōu)化設(shè)計(jì)組合，是整體優(yōu)化設(shè)計(jì)，如果僅僅是某個(gè)專業(yè)設(shè)計(jì)得好，是不可能被稱作是一個(gè)好建筑的，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也不能例外的;建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要能最大程度地滿足建筑平面布置、內(nèi)部空間高度和建筑立面等使用功能和外形觀感的要求，投入使用后，使用戶在工作和生活中感到很舒適，使建筑真正成為人人贊美的好建筑，這才是建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)和落腳點(diǎn)。因此，建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)應(yīng)包含結(jié)構(gòu)體系的優(yōu)選、傳力

7、途徑的科學(xué)性、構(gòu)件布置的合理性、構(gòu)件和材料選用的正確性等內(nèi)容;應(yīng)該把盡可能提高建筑投入使用后的舒適度作為建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的一條重要基本原則。 </p><p>　　2.3建筑結(jié)構(gòu)整體安全度原則 </p><p>　　我國(guó)早已頒布實(shí)施的《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50011-2010)規(guī)定的抗震設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)是：“小震不壞，中震可修，大震不倒”，是說整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)所有構(gòu)件要共同達(dá)到的目標(biāo)。如果一個(gè)工

8、程有99%的構(gòu)件在大震作用下不會(huì)被破壞，而其中有1%的構(gòu)件即使在小震作用下就被破壞，導(dǎo)致整個(gè)建筑垮塌，那么，這個(gè)工程還能說是結(jié)構(gòu)安全嗎?所以結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)應(yīng)全面考慮整體建筑的每個(gè)構(gòu)件，使結(jié)構(gòu)體系中每個(gè)構(gòu)件都具有合理的可靠性，確保整個(gè)結(jié)構(gòu)體系的安全性能，確保實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)到建筑結(jié)構(gòu)既安全耐用又經(jīng)濟(jì)合理的總目標(biāo)。這就是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)堅(jiān)持的建筑結(jié)構(gòu)整體安全度原則。 </p><p>　　2.4不同構(gòu)件采用

9、不同的安全系數(shù)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)原則 </p><p>　　由于現(xiàn)澆鋼筋混凝土樓板的約束作用，可以在很大程度上提高樓蓋梁的承載能力，最高時(shí)可提高約1.5倍。而現(xiàn)行國(guó)內(nèi)結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件卻不能準(zhǔn)確反映現(xiàn)澆樓板的這種約束作用，因此，按力學(xué)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的話，對(duì)現(xiàn)澆樓蓋梁而言，它的安全系數(shù)就偏高了許多。另一方面，從對(duì)出現(xiàn)垮塌事故的工程進(jìn)行事故原因調(diào)查和分析可以得知，由于樓蓋或樓蓋梁的問題而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞的工程實(shí)例極少，除非是

10、結(jié)構(gòu)計(jì)算本身有誤;從許多震害調(diào)查的工程實(shí)例中也可得知，在地震力作用下建筑倒塌的主要原因，也大多是由于墻、柱等豎向構(gòu)件首先遭到破壞所致。在實(shí)際的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作中，若不考慮構(gòu)件的實(shí)際承載能力，對(duì)所有構(gòu)件采取相同的安全系數(shù)，就會(huì)造成建筑結(jié)構(gòu)在安全性和經(jīng)濟(jì)性方面的不合理。因此，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)獨(dú)立構(gòu)件、靜定結(jié)構(gòu)和豎向構(gòu)件應(yīng)采用較大的安全系數(shù)，而對(duì)樓板和樓蓋梁的安全系數(shù)可予以適當(dāng)降低，這樣處理既可以降低工程造價(jià)，又可提高結(jié)構(gòu)的綜合安全度。 <

11、/p><p>　　3.建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化經(jīng)濟(jì)性 建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性是市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)條件下對(duì)資源配置提出的新要求。經(jīng)濟(jì)性是指通過建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，最大化的節(jié)約各種材料資源，達(dá)到減少建設(shè)成本的目標(biāo)。另外，各種材料資源都存在一定的稀缺特性，建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)能科學(xué)合理的減少材料的使用量，節(jié)省建設(shè)材料使用成本。 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)；

12、相反降低層高，可節(jié)省材料，有利于抗震，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)其受力性能也得到提高，增強(qiáng)了建筑的經(jīng)濟(jì)性能6%-34%。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

13、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。通過使用優(yōu)化設(shè)計(jì)手段，達(dá)到這五個(gè)方面的最佳結(jié)合，符合現(xiàn)今建筑商對(duì)于</p><p>　　4.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的現(xiàn)實(shí)意義 </p><p>　　4.1結(jié)構(gòu)成本（鋼筋、混凝土、砌體等材料費(fèi)）約占主體造價(jià)的50%以上，結(jié)構(gòu)優(yōu)化可使建筑工程總造價(jià)降低10%~35%。這筆隱形的利潤(rùn)總額非常巨大，基本無風(fēng)險(xiǎn)，可以通

14、過微小的優(yōu)化投入輕松獲得，這對(duì)于減少企業(yè)投資、增加企業(yè)利潤(rùn)、提高資金周轉(zhuǎn)率等都有幫助，具有巨大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。 4.2隨著企業(yè)發(fā)展壯大，甲方的管理范圍和復(fù)雜度不斷增大，將設(shè)計(jì)優(yōu)化等非核心業(yè)務(wù)交給專業(yè)的人員去做，是提高企業(yè)效率、節(jié)約管理成本、建立高效團(tuán)隊(duì)、提高企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力的形勢(shì)需要。4.3隨著國(guó)家宏觀調(diào)控力度的加大和原材料價(jià)格的上漲，通過銷售獲得利潤(rùn)的空間壓縮，從內(nèi)部挖掘潛力、節(jié)約成本成為企業(yè)贏利的重要手段?？茖W(xué)合理的節(jié)約成本是提高企業(yè)盈利

15、能力、實(shí)現(xiàn)地產(chǎn)公司健康生存、長(zhǎng)期發(fā)展的重要途徑。4.4設(shè)計(jì)優(yōu)化有利于節(jié)約材料、保護(hù)環(huán)境，符合國(guó)家“低碳、節(jié)能、環(huán)保”的理念，利國(guó)利民，更利于企業(yè) </p><p>　　5.結(jié)束語 綜上所述，通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)來降低工程造價(jià)是控制工程投資的一個(gè)有效途徑,而正確處理技術(shù)與經(jīng)濟(jì)的對(duì)立統(tǒng)一是控制投資的關(guān)鍵。對(duì)建筑工程進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)一直是結(jié)構(gòu)師們共同的目標(biāo)，建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)是一個(gè)比較科學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程，不能片面強(qiáng)調(diào)節(jié)約投資,

16、而降低技術(shù)和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn),又要反對(duì)重技術(shù)、輕經(jīng)濟(jì),設(shè)計(jì)保守浪費(fèi)的現(xiàn)象。 因?yàn)橛绊懝こ淘靸r(jià)和建筑質(zhì)量的因素有很多，所以在實(shí)際的建筑機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中，一定要充分的考慮各方面的因素，在每個(gè)細(xì)節(jié)上都力求優(yōu)化， 只有這樣才能實(shí)現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的最終目的，以更好的服務(wù)于我國(guó)建筑業(yè)的發(fā)展。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn)： </b></p><p>　　1.談建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)[J