摘要：本文首先探討了建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的基本理論，然后研究了建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的策略、安全與經(jīng)濟(jì)，具有較強(qiáng)的價(jià)值和意義，供參考。

　　關(guān)鍵詞：建筑結(jié)構(gòu);優(yōu)化設(shè)計(jì);策略

　　Abstract: this paper first discusses the building structure optimization design of the basic theory, and then studied building structure optimization design strategy, security and economic, and has strong value and significance, for reference.

　　Keywords: building structure; Optimization design; strategy

　　中圖分類號：TU318 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：

　　1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)優(yōu)化建設(shè)是基礎(chǔ)，3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:

　　(1)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物質(zhì)生存環(huán)境的最大化需求。對功能性的滿足也不再局限于傳統(tǒng)的實(shí)用性功能，而是增添了舒適性、美觀性、協(xié)調(diào)性等多種新元素，滿足人類對基礎(chǔ)物質(zhì)生存環(huán)境的更高要求。

　　(2)安全性

　　建筑作為人類生存的基礎(chǔ)生存環(huán)境，與人類的生產(chǎn)、生活緊密相關(guān)，安全性成為建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的必然考慮因素。一味追求建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，忽略決策階段、設(shè)計(jì)階段、建設(shè)階段的安全性，其作為建筑不但沒有任何實(shí)際意義，反而會給人類正常生產(chǎn)和生活帶來致命的危害。因此，安全性是結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中的必然考慮因素。

　　(3)經(jīng)濟(jì)性

　　建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性是市場經(jīng)濟(jì)條件下對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。

　　(4)環(huán)保性

　　建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的環(huán)保性是繼經(jīng)濟(jì)性之后的一大更高要求，建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)過程通過材料選用品種的環(huán)保、整體布局的環(huán)保來體現(xiàn)可持續(xù)的發(fā)展理念。在建筑資源的材料選用方面，在保證建筑本體功能性、安全性的基礎(chǔ)上，最大可能的選擇節(jié)能環(huán)保型材料，同時(shí)，在結(jié)構(gòu)優(yōu)化的整體布局中，不僅強(qiáng)調(diào)建筑主體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的統(tǒng)一與環(huán)保，也包括建筑建設(shè)過程中廢舊材料的處理與應(yīng)用，更不能忽略建筑未來使用過程中對環(huán)境產(chǎn)生的重要影響。另外，材料選用的環(huán)保、整體布局的環(huán)保也是結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)過程中安全性的體現(xiàn)。

　　2建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的策略、安全與經(jīng)濟(jì)

　　2.1結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中的材料選用

　　基于物理學(xué)與建筑學(xué)的基本原理，建筑結(jié)構(gòu)各個(gè)點(diǎn)、線、面都呈現(xiàn)出一定的力學(xué)承載力特征，而力學(xué)承載力本身的載體就是材料，通過各種材料的配置，加強(qiáng)構(gòu)件的強(qiáng)度、剛性與延展性，鋼筋混凝土材料的打造適應(yīng)了這一趨勢。工程實(shí)踐證明，鋼筋混凝土的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，梁柱是主要的承受載體，打造鋼筋混凝土梁柱能局部提高梁柱的抗壓力。因此，在工程建設(shè)實(shí)踐中，采用高標(biāo)號的鋼筋混凝土，可以減少梁柱等構(gòu)件的橫截面，減輕結(jié)構(gòu)本體的重量，同時(shí)也擴(kuò)大了使用空間;而梁板以受彎為特性，采用高強(qiáng)度鋼筋，能科學(xué)合理的減少鋼筋的使用量。另外，結(jié)構(gòu)建設(shè)者應(yīng)科學(xué)合理的匹配鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋與混凝土的投放比例，最大限度發(fā)揮鋼筋混凝土復(fù)合材料的復(fù)合特殊性能，所以在高層建筑結(jié)構(gòu)中，在結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換層、受力復(fù)雜的銜接點(diǎn)部位與大跨度結(jié)構(gòu)上，采用型鋼混凝土、預(yù)應(yīng)力混凝土是比較好的選擇，同時(shí)保證高層建筑功能性、安全性、經(jīng)濟(jì)性的最大化性能發(fā)揮。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與建設(shè)過程中，存在非常多的鋼筋混凝土現(xiàn)澆板中混凝土標(biāo)號過高的情況，一味追求高標(biāo)號混凝土是沒有任何意義的，高標(biāo)號的混凝土無法理想發(fā)揮其強(qiáng)度性能，反而為抵抗高強(qiáng)混凝土較大的收縮變形和滿足最小配筋率要求，板中鋼筋的配筋量卻相繼增加，直接導(dǎo)致鋼筋的使用量增加，間接影響工程投資成本的提高。

　　此外，隨著近年來地震、洪水、泥石流等自然災(zāi)害的不斷增多與強(qiáng)度提高的趨勢，對建筑材料的抗震性、抗水性、抗土性提出了新的要求，因此，在建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的決策階段、設(shè)計(jì)階段、建設(shè)階段，都必須考慮材料的品種、質(zhì)量、價(jià)格、對周圍環(huán)境的適應(yīng)程度，在最小化犧牲經(jīng)濟(jì)性的同時(shí)，最大化保證建筑結(jié)構(gòu)的功能性、安全性、環(huán)保節(jié)能性。

　　2.2結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中的構(gòu)件布置

　　建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中的構(gòu)件布置主要涉及梁、柱子、剪力墻的布置與設(shè)計(jì)。目前，高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)大多采用框架-剪力墻結(jié)構(gòu)體系，這種體系由鋼筋混凝土框架和鋼筋混凝土剪力墻2部分組成，框架的梁柱為剛接，框架與剪力墻可為剛接，也可為鉸接。高層建筑體日趨復(fù)雜，各種不同功能的建筑用房綜合在一起，組成形態(tài)各異的高層建筑，給建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)增加了一定的難度。而框架-剪力墻結(jié)構(gòu)體系具有靈活組成使用空間的優(yōu)點(diǎn)，比較容易滿足建筑物的使用要求，而且框架-剪力墻結(jié)構(gòu)體系有較高的承載力，較好的延伸性和整體性，并且具備很強(qiáng)的吸收地震力的能力，從而大大減小了結(jié)構(gòu)本身的側(cè)移。因此，在建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的實(shí)踐過程中，在框架-剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，剪力墻剛度的確定除了必須滿足強(qiáng)度條件外，還必須使結(jié)構(gòu)具有一定的側(cè)向剛度。基于此，剪力墻剛度的大小將直接影響到結(jié)構(gòu)的安全性及工程造價(jià)成本。另外，在框架-剪力墻結(jié)構(gòu)初步設(shè)計(jì)階段，簡捷、準(zhǔn)確地確定框剪結(jié)構(gòu)中剪力墻最優(yōu)數(shù)量，即可避免重復(fù)、繁瑣的結(jié)構(gòu)剛度調(diào)整計(jì)算，還可以達(dá)到減少經(jīng)濟(jì)成本的目標(biāo)。

　　梁的選用與布置。常規(guī)梁經(jīng)濟(jì)性最好，但嚴(yán)重影響建筑層高，尤其是在目前土地資源有限的情況下，最終還是無法實(shí)現(xiàn)社會整體經(jīng)濟(jì)效益的最大化;寬扁梁能減少梁的截面高度，增加建筑物的凈高。在建筑物總高度限制的情況下，可以增加層數(shù)，以獲得更多的建筑面積。但寬扁梁在經(jīng)濟(jì)指標(biāo)上與常規(guī)梁相比并不是最優(yōu)，由于y方向截面高度減小，使得縱向鋼筋的配筋率較高，同時(shí)撓度偏大。在跨度進(jìn)一步加大的情況下，也可采用預(yù)應(yīng)力梁，以滿足建筑物的特殊要求，但費(fèi)用較高。此外，高層建筑框架柱截面大小主要由軸壓比控制，在上部軸力一定的情況下，可以通過加大柱截面、提高混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度、加大柱箍筋、采用鋼混凝土柱等不同方法來控制柱軸壓比，最大化程度保證功能性與安全性。

　　2.3結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中的整體布局

　　為實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)，建筑結(jié)構(gòu)決策者與設(shè)計(jì)者須從結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的全局觀念出發(fā)，利用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的點(diǎn)、線、面，確定建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的總體布局，處理好點(diǎn)、線、面之間的架構(gòu)關(guān)系，借助于材料的選用、構(gòu)件的布置，充分發(fā)揮單個(gè)構(gòu)件與整體結(jié)構(gòu)的配合與協(xié)調(diào)，使之能實(shí)現(xiàn)最佳受力狀況，既實(shí)現(xiàn)整體結(jié)構(gòu)良好的承重力、剛性與延展性，也實(shí)現(xiàn)單個(gè)構(gòu)件的最大化與最佳化利用，保證達(dá)到建筑設(shè)計(jì)的國家質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)建筑功能性、安全性與經(jīng)濟(jì)性的多重目標(biāo)。

　　結(jié)語

　　通過建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，是實(shí)現(xiàn)建筑本體功能與控制建筑造價(jià)成本的重要手段。另一方面，建筑投資者或開發(fā)商不能過分強(qiáng)調(diào)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性，通過減少材料、降低技術(shù)、放低質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)來追求經(jīng)濟(jì)性，同時(shí)也反對一味重視技術(shù)要求、忽略經(jīng)濟(jì)成本的做法。結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的終極目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)建筑的本體功能性、安全性、經(jīng)濟(jì)性與環(huán)保性。因此，在保障全面發(fā)揮建筑本體功能性、保證安全性的條件下追求建筑投資建設(shè)的經(jīng)濟(jì)性與環(huán)保性是建筑建設(shè)的科學(xué)合理選擇。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，未來的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)者將遵循功能性、安全性、經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性四位一體的設(shè)計(jì)思路，真正實(shí)現(xiàn)未來建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化升級，為人類提供一個(gè)更好的物質(zhì)生存與發(fā)展環(huán)境。

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