試述高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的方法和作用

1、    試述高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的方法和作用    蘇靜伊 廖勁舟【摘要】加強(qiáng)對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的方法和作用的研究，有利于提高高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文筆者對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的方法和作用進(jìn)行了分析和探討，希望對(duì)相關(guān)從業(yè)人員具有借鑒意義。【關(guān)鍵詞】高層建筑，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，優(yōu)化，方法前言：目前在建筑工程建設(shè)中，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是非常重要的內(nèi)容，只有在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中展開(kāi)科學(xué)的規(guī)劃，才能使人們的需求得到滿足。所以建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員應(yīng)該在工作中不斷汲取國(guó)內(nèi)外設(shè)計(jì)中的精華，并對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行不斷優(yōu)化和創(chuàng)新，才能對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的可靠性進(jìn)行進(jìn)一步的保證，最終

2、推動(dòng)我國(guó)建筑行業(yè)得到不斷的發(fā)展。1建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法的作用分析優(yōu)化房屋結(jié)構(gòu)的前提和基礎(chǔ)就是，施工時(shí)一定要保證建筑質(zhì)量和安全，然后再周密仔細(xì)的分析設(shè)計(jì)方案中的每個(gè)細(xì)節(jié)，并采用高超的技術(shù)與設(shè)計(jì)理念，控制工程造價(jià)。根據(jù)數(shù)據(jù)顯示，房屋結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化過(guò)后與沒(méi)有進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化的相比較，投資經(jīng)費(fèi)能夠縮減8%至22%之間不等，但是在實(shí)際操作的過(guò)程中，因?yàn)橛泻芏嗟募s束性因素，所以在實(shí)施的時(shí)候，會(huì)面臨很多的困難，從而不能夠完全的發(fā)揮建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法的優(yōu)越性。與之前的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相比較，進(jìn)行房屋建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，能夠把建材的性能與機(jī)械設(shè)備的性能都充分的發(fā)揮出來(lái)。進(jìn)行房屋優(yōu)化設(shè)計(jì)之后，工程造價(jià)的資金投入也會(huì)有效的降低，使企

3、業(yè)獲得更高的經(jīng)濟(jì)效益，除此之外，優(yōu)化房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之后，可以把房屋結(jié)構(gòu)中的各個(gè)單元有機(jī)結(jié)合，提高了房屋的建筑質(zhì)量，對(duì)人們的居住環(huán)境也給予了重要的保障。因此，優(yōu)化房屋的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，是房屋結(jié)構(gòu)具有好的實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性的重要途徑。2高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)常見(jiàn)問(wèn)題分析2.1高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的高度問(wèn)題有些建筑企業(yè)在進(jìn)行高層建筑的施工時(shí)常常一味地追求企業(yè)利潤(rùn)的最大化，經(jīng)常會(huì)隨意地在設(shè)計(jì)高度基礎(chǔ)上增加建筑的高度，盲目地將經(jīng)濟(jì)利益作為高層建筑施工的目標(biāo)，最終會(huì)使建成的高層建筑高度不符合相關(guān)規(guī)定。2.2結(jié)構(gòu)布置不合理建筑房屋的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)越規(guī)則，結(jié)構(gòu)的布置才能越合理，這是建筑房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的中心環(huán)節(jié)。一方面要注意建筑的平、立面

4、外形尺寸大小和抗側(cè)力物體布置的局面，滿足承載力分布等各種因素的綜合要求。另一方面，由于很多因素都可以造成結(jié)構(gòu)的不規(guī)則，特別是針對(duì)于復(fù)雜的建筑結(jié)構(gòu)，利用若干已經(jīng)簡(jiǎn)單化的定量指標(biāo)來(lái)劃分不規(guī)則的程度并明確限定范圍是幾乎不可能的。2.3關(guān)于主梁的次梁處附加筋正常的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，為使集中荷載由另加的橫向鋼筋結(jié)構(gòu)來(lái)承重，應(yīng)在梁下部的作用力點(diǎn)附以鋼筋。梁截面的高度范圍不一致，鋼筋是否加入對(duì)于主梁來(lái)講選擇也不一致。一般來(lái)講，如果主次截面相差較大，因?yàn)楹奢d較小，主梁則無(wú)需加鋼筋。但是如果主次截面相差不大，次梁荷載一般較重，則需添加附加鋼筋以分擔(dān)次梁的承重，提高安全性。2.4異形柱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題近年來(lái)，在我國(guó)許

5、多的房屋建筑過(guò)程中，特別是高層或小高層住宅大部分都采用了異形柱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。然而在異形柱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的很多問(wèn)題，這些問(wèn)題也比較突出，主要表現(xiàn)在異形柱結(jié)構(gòu)房屋的高度過(guò)高、結(jié)構(gòu)布置不合理、體型不對(duì)稱、抗震構(gòu)造措施不夠有效等方面。目前，我國(guó)對(duì)異形柱結(jié)構(gòu)的整體承載力尤其是節(jié)點(diǎn)承載力和結(jié)構(gòu)延性等方面的研究還不夠深入，對(duì)異形柱結(jié)構(gòu)的抗震性能也不能完全認(rèn)識(shí)。3高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法3.1建立結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)通常情況下分為兩部分，一部分是結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)模型，另一部分就是結(jié)構(gòu)優(yōu)化計(jì)算方案。建立模型的步驟一般有以下幾步：（1）選擇合理的設(shè)計(jì)變量。設(shè)計(jì)變量的選擇對(duì)于模型的構(gòu)建具有重要的意義，設(shè)計(jì)變量的選擇將會(huì)

6、影響到對(duì)設(shè)計(jì)要求影響較大的參數(shù)的選擇，進(jìn)一步涉及到參數(shù)重要性的區(qū)分問(wèn)題。選擇出了合理的設(shè)計(jì)變量在很大的程度上能夠減少計(jì)算編程的工作量；（2）確定目標(biāo)函數(shù)。首先找出滿足函數(shù)條件的最優(yōu)解，然后確定約束條件。在房屋的優(yōu)化設(shè)計(jì)中存在著很多的約束條件，其中有：應(yīng)力約束、裂縫寬度約束、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度約束、尺寸約束、從彈塑性約束等，在進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)要確保所有的約束條件都在規(guī)定的范圍內(nèi)，能夠滿足設(shè)計(jì)規(guī)范，即在規(guī)范條件內(nèi)滿足約束條件3.2優(yōu)化建筑物結(jié)構(gòu)分部部分與層數(shù)之間的關(guān)系如何實(shí)現(xiàn)建筑物結(jié)構(gòu)分部部分和建筑物之間的層數(shù)關(guān)系是一個(gè)非常重要的問(wèn)題。對(duì)于同一個(gè)建筑物來(lái)說(shuō)，可以使用一個(gè)建筑屋蓋，這樣可以降低單位設(shè)計(jì)的成本。從

7、建筑物的基礎(chǔ)部分來(lái)看，又有一些不同，這是因?yàn)榻ㄖ锏幕A(chǔ)部分是共有的，隨著建筑物層數(shù)的不斷增加，基礎(chǔ)部分承受的荷載也在不斷的增加，所以在建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)過(guò)程當(dāng)中應(yīng)該考慮的是如何提高基礎(chǔ)構(gòu)件的承載能力，以及如何控制基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)成本，畢竟，隨著建筑物層數(shù)的增多，基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)成本也是成正比增多的。3.3加強(qiáng)結(jié)構(gòu)細(xì)部的優(yōu)化工作對(duì)于房屋建筑結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，一定要重視房屋建筑的分部結(jié)構(gòu)優(yōu)化工作。中國(guó)有句老話叫“千里之堤毀于蟻穴”，說(shuō)的就是重視細(xì)節(jié)的道理，主體結(jié)構(gòu)構(gòu)建好了，但是如果局部位置出現(xiàn)問(wèn)題，將危及整座建筑物，結(jié)構(gòu)細(xì)部的優(yōu)化工作包括了結(jié)構(gòu)細(xì)部的設(shè)計(jì)工作，如平時(shí)我們工作中給常見(jiàn)的矩形現(xiàn)澆板做設(shè)計(jì)時(shí)，需要對(duì)其先做分析

8、，避免在拐角處有裂縫，這都是細(xì)節(jié)，但如果不注意，引起的后果將不堪設(shè)想。另外，如今已不再是過(guò)去手繪稿的年代了，計(jì)算機(jī)已經(jīng)滲透了我們的工作，設(shè)計(jì)人員需要與時(shí)俱進(jìn)，了解計(jì)算機(jī)的工作性能，將設(shè)計(jì)理論通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件輸出，既節(jié)省了時(shí)間，也方便修改，但如何將計(jì)算機(jī)與設(shè)計(jì)理論完美結(jié)合，設(shè)計(jì)或優(yōu)化我們的結(jié)構(gòu)方案，還需設(shè)計(jì)人員加強(qiáng)學(xué)習(xí)。3.4優(yōu)化抗風(fēng)結(jié)構(gòu)抗風(fēng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要綜合考慮多種因素，確保建筑物的抗風(fēng)能力。抗風(fēng)結(jié)構(gòu)中對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)時(shí)要保證在風(fēng)荷載作用下的穩(wěn)定性。確保地基穩(wěn)固的重要性不僅在抗震中有所體現(xiàn)，對(duì)抗風(fēng)載也起到重要作用。減振體系在高層建筑中的應(yīng)用受到廣泛歡迎，減震系統(tǒng)可以減少風(fēng)荷載對(duì)建筑物的影響，減

9、振系統(tǒng)的選材將起到巨大作用，因?yàn)橛行┳枘岵牧系膽?yīng)用將大大提高高層建筑的抗風(fēng)能力。要嚴(yán)格按照規(guī)范設(shè)計(jì)抗風(fēng)結(jié)構(gòu)，采取措施減小風(fēng)力在建筑物上的疊加和增強(qiáng)，優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以減小普遍且危害頗多的風(fēng)壓破壞，為建筑物的安全性能提供安全保證。3.5加大建筑機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)安全監(jiān)督力度一些建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全問(wèn)題在一定程度上也和安全監(jiān)督不到位有關(guān)，因此，為了提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全性，有關(guān)部門(mén)應(yīng)當(dāng)加大建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全監(jiān)督力度，以保障我國(guó)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全性，具體可以通過(guò)以下方式實(shí)現(xiàn)：（1）加強(qiáng)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程的監(jiān)督力度，定期或不定期審查建筑設(shè)計(jì)過(guò)程，保證整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)定和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，確保建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全性。（2）加強(qiáng)對(duì)建筑材料和建筑設(shè)備的審查力度。有關(guān)部門(mén)可以對(duì)建筑材料和建筑設(shè)備進(jìn)行不定期審查或突擊審查，并規(guī)范相關(guān)建筑材料和設(shè)備的使用，嚴(yán)禁施工單位使用不符合國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的建筑材料；嚴(yán)厲打擊各種偷工減料活動(dòng)，一經(jīng)查處，予以嚴(yán)重處罰，切實(shí)保障建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全性。