摘要：房屋結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計是通過全面規(guī)劃項目內(nèi)容和描述設(shè)計意圖，將科學(xué)的施工技術(shù)轉(zhuǎn)化成生產(chǎn)力，從而創(chuàng)設(shè)結(jié)構(gòu)設(shè)計與項目經(jīng)濟效益的契合點。為了實現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計技術(shù)與經(jīng)濟效益的統(tǒng)一同步，筆者將從經(jīng)濟效益的角度對房屋結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的必要性進行分析探討，并提出具體的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，旨在通過優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計內(nèi)容，降低工程的施工造價，提高項目的經(jīng)濟效益。

　　關(guān)鍵詞：房屋結(jié)構(gòu) 設(shè)計優(yōu)化 結(jié)構(gòu)優(yōu)化

　　Abstract: the optimization design of the building structure is through comprehensive planning the project content and describe design intention, the science construction technology into productivity, thus creating structure design and project economic benefits to all sides. In order to realize the building structure optimization design technology and economic efficiency unification synchronization, the author from the point of view of the economic benefits of the necessity of building structure optimization design is discussed, and put forward a concrete structure design scheme, aims to improve structure design content, reduce the construction cost and improve the economic benefit of project.

　　Keywords: housing structure design optimization structure optimization

　　中圖分類號：S611 文獻標識碼：A 文章編號：

　　1.房屋結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設(shè)計的必要性分析

　　房屋結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計，可以有效控制工程造價，減少項目經(jīng)濟成本付出，而優(yōu)化設(shè)計的必要性分析，需從兩方面進行探討，一是目前房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計對成本造價控制的負面影響，二是通過優(yōu)化設(shè)計可以有效控制工程造價。

　　1.1目前房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計對工程造價的影響

　　房屋項目決策、設(shè)計和實施三個階段是成本控制的主要階段，而設(shè)計階段是工程造價控制的核心階段，其設(shè)計的合理性、科學(xué)性是影響工程造價的主導(dǎo)因素。而目前，房屋的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案仍然無法與造價管理匹配，甚至出現(xiàn)背道而馳的現(xiàn)象。究其原因，一方面是房屋項目的開發(fā)者片面理解成本控制的概念，認為在預(yù)結(jié)算階段只需拿出科學(xué)的方案，就能夠?qū)崿F(xiàn)成本有效控制，這種成本控制理念缺乏動態(tài)的管理，因此在結(jié)構(gòu)設(shè)計階段沒能融入有效的造價控制措施，致使結(jié)構(gòu)設(shè)計方案成本要求高于開發(fā)的預(yù)算范圍。另一方面是對結(jié)構(gòu)設(shè)計方案的可行性缺乏有效考核評估，僅對效果、戶型和施工等進行簡單預(yù)算，而結(jié)構(gòu)設(shè)計對總造價成本起到了決定性作用，片面經(jīng)濟技術(shù)功能只會增加項目的經(jīng)濟成本負擔。

　　1.2房屋結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計對造價控制的作用

　　房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計對工程造價的影響并非一次性的，而其設(shè)計的合理性，將貫穿整個工程的始末，設(shè)計除了要實現(xiàn)房屋的功能使用需求，還要通過成本節(jié)約和建成后的銷售帶來合理的經(jīng)濟效益，因此，房屋結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計不僅是對房屋質(zhì)量安全的保障，還是項目效益的關(guān)鍵點。譬如房屋的容積率方面的結(jié)構(gòu)設(shè)計，由于容積率是項目建筑面積和占地面積的比值，而占地面積通常是固定不變的，因此層高和棟距成為容積率的決定因素，通過增加層高和縮小棟距，建筑面積將越大，所帶來的經(jīng)濟效益可能就越大，但容積率的提高必須掌握在一定的程度內(nèi)，否則將帶來居住舒適程度下降的弊端，也會增大對地基承載力的要求，影響房屋的安全使用。另外房屋的層數(shù)增加，墻體、地基等施工成本也會隨之增加，因此如果沒有動態(tài)考慮成本影響而盲目制定房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，將會使得房屋建筑陷入成本盲目的狀態(tài)。

　　由此可見，房屋的結(jié)構(gòu)設(shè)計必須進行優(yōu)化，在技術(shù)可行性前提下通過設(shè)計內(nèi)容優(yōu)化，協(xié)調(diào)好各部份的功能實現(xiàn)，并最大限度節(jié)約造價成本支出，使得房屋建筑達到經(jīng)濟、適用、安全等綜合要求。

　　2.房屋結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設(shè)計的措施

　　房屋結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計方法旨在降低工程造價成本費用，并為房屋的建成后的經(jīng)濟效益提供基礎(chǔ)條件，根據(jù)實踐的設(shè)計經(jīng)驗，筆者提出以下的優(yōu)化措施：

　　2.1選擇節(jié)能指標較高的結(jié)構(gòu)類型

　　房屋結(jié)構(gòu)形式的選擇，意味著選擇不同工程造價的建設(shè)模式，常見的結(jié)構(gòu)設(shè)計模式有如下三種：①剪力墻結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)形式常見于高層建筑，以混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程為依托，這種結(jié)構(gòu)形式相對于短肢剪力墻的抗震級別要高，比起短肢剪力墻，構(gòu)造鋼筋使用數(shù)量不多。②框架結(jié)構(gòu)，具有大開間、布局靈活性強和造價成本低的優(yōu)點，但這種結(jié)構(gòu)抗震能力弱,柱截面較大，形成的柱角凸出部位會妨礙家具的布置。③框架一剪力墻結(jié)構(gòu)，即在框架結(jié)構(gòu)中合理進行一定數(shù)量剪力墻的布置，這種結(jié)構(gòu)合理，適用能力強，而且能夠應(yīng)對各種不同的變形壓力，是一種抗側(cè)力較好的結(jié)構(gòu)。以上的三種結(jié)構(gòu)模式各具優(yōu)缺點，但我們在選擇結(jié)構(gòu)模式的時候，不能片面認為造價最低的方案就是最科學(xué)合理的方案，而是我們要結(jié)合房屋業(yè)主的功能需求，以及建設(shè)單位的投資水平和施工能力等方面的因素進行結(jié)構(gòu)類型的綜合分析，將投資與收益進行平衡優(yōu)化，根據(jù)工程條件的客觀實際情況選擇最為合適的結(jié)構(gòu)模式。

　　2.2結(jié)構(gòu)設(shè)計信息優(yōu)化技術(shù)

　　由于房屋建筑結(jié)構(gòu)受到設(shè)計變量等條件的約束，難以用單一的方法進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化。筆者認為，鑒于房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計的復(fù)雜性，應(yīng)該開發(fā)一種較為實用方便的參數(shù)定義優(yōu)化軟件，減少設(shè)計者在結(jié)構(gòu)優(yōu)化方面的精力和時間。筆者較為推崇的是TBCAD系統(tǒng)，這種系統(tǒng)是針對結(jié)構(gòu)方案設(shè)計、建模、分析、評估等為一體的成本控制軟件系統(tǒng)，這種系統(tǒng)可以進行結(jié)構(gòu)方案的指導(dǎo)設(shè)計，使得方案的人力、物力和財力資源等趨于最優(yōu)狀態(tài)。系統(tǒng)的信息分為兩個時間段進行優(yōu)化，第一個時間段是通過對材料的分配調(diào)整，使用最少的混凝土用量滿足側(cè)向剛度的要求，系統(tǒng)在這個時間段的目標函數(shù)是混凝土的使用量，而結(jié)構(gòu)構(gòu)件的斷面大小則是設(shè)計的變量。第二個時間段是對構(gòu)件強度的優(yōu)化，通過對構(gòu)件結(jié)構(gòu)的斷面大小以及鋼用量的調(diào)整，使得構(gòu)件的強度要求實現(xiàn)只需較少的結(jié)構(gòu)造價。

　　2.3各種功能結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計內(nèi)容

　　首先是結(jié)構(gòu)抗震的經(jīng)濟化設(shè)計，主要針對高層的房屋建筑，高層建筑的水平荷載結(jié)構(gòu)造價占所有結(jié)構(gòu)的絕大部分造價，在抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計中，抗側(cè)力結(jié)構(gòu)是造價控制的重點內(nèi)容。尤其是在建筑物層高增加之后，抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的造價也會隨之增加。因此，抗側(cè)力的結(jié)構(gòu)必須進行合理選用，以便形成造價優(yōu)勢。上文已經(jīng)對常見結(jié)構(gòu)形式進行了一定闡述，雖然每種結(jié)構(gòu)形式都具備一定的抗震性能，但所達成的經(jīng)濟效果確是各不相同的，因此設(shè)計人員對房屋結(jié)構(gòu)的設(shè)計要充分了解各種結(jié)構(gòu)模式的抗震性能和經(jīng)濟指標，把握好房屋的體型、結(jié)構(gòu)的體系以及剛度的分布等，針對抗震的薄弱環(huán)節(jié)通過抗震構(gòu)造措施進行改善，將抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計的成本降到最低。

　　其次是結(jié)構(gòu)的節(jié)能設(shè)計，主要以綠色建筑設(shè)計的理念為切入口，通過構(gòu)造設(shè)計學(xué)的方法進行設(shè)計優(yōu)化：一是體型和布局的優(yōu)化設(shè)計，朝向方面筆者建議盡量朝南，這樣就能充分利用夏季的自然通風(fēng)和冬季的日照;住宅體型設(shè)計時要盡量減少不必要的墻體外表面積，以減少熱能的流失;總結(jié)構(gòu)設(shè)計要合理對熱源形式進行選擇，譬如優(yōu)化室內(nèi)外的供熱管網(wǎng)等，將熱傳輸?shù)膿p失控制在最低狀態(tài)。二是平面結(jié)構(gòu)的節(jié)能設(shè)計，筆者建議規(guī)整平面形態(tài)，增加陽光直射，而廚房、廁所、過廳等盡量布置于北面方位，并且減少北面方位的窗戶數(shù)量。三是圍護結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計，門窗的節(jié)能設(shè)計要確定合理的窗墻比，筆者建議盡量減少迎風(fēng)和背風(fēng)開窗面積的比例，為減少冬天寒風(fēng)的滲入，窗戶的開洞面積要有一定的比例;屋面的保溫節(jié)能設(shè)計要選擇好合適的保溫材料，并綜合風(fēng)、雨水、日照等氣候因素，對屋面的結(jié)構(gòu)進行設(shè)計，譬如屋頂?shù)募芸眨蛘邔⒀h(huán)水管布置于樓板吊頂;地面結(jié)構(gòu)的保溫節(jié)能設(shè)計，在地面加墊層和保溫層后再做面層，采用地面輻射采暖系統(tǒng)，滿足房屋的供熱需求;墻面的保溫節(jié)能設(shè)計，合理確定保溫的厚度，并結(jié)合總結(jié)構(gòu)方案，同時做好保溫、防潮和隔熱的措施。

　　3.結(jié)束語

　　由上可見，房屋建筑的結(jié)構(gòu)力求實用性和經(jīng)濟性的統(tǒng)一結(jié)合，設(shè)計師應(yīng)該在滿足建筑功能實現(xiàn)的前提下，對結(jié)構(gòu)進行經(jīng)濟性的優(yōu)化，筆者建議結(jié)構(gòu)設(shè)計者通過選擇節(jié)能指標較高的結(jié)構(gòu)類型、采用結(jié)構(gòu)設(shè)計信息優(yōu)化技術(shù)的采用和對各種功能結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計，使得房屋不僅有質(zhì)量保證和安全可靠，而且功能齊全和經(jīng)濟合理。

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