談房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的優(yōu)化設(shè)計(jì)應(yīng)用

摘要：房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要目的是要保證所建造的建筑物的功能性、安全性，以及耐久性。能夠在規(guī)定的使用年限內(nèi)滿足各種功能的要求，同時(shí)做到最大限度的節(jié)約資金。建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)可觀的經(jīng)濟(jì)效益。為此，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員在實(shí)際的協(xié)作中，應(yīng)加強(qiáng)溝通，精心設(shè)計(jì)。應(yīng)用優(yōu)化技術(shù)，選擇合理的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。降低建筑工程的成本。

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

1.房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的內(nèi)容及其意義

當(dāng)前，我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，人們對(duì)居住條件及生活環(huán)境要求越來(lái)越高，而對(duì)建筑房屋進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，使其結(jié)構(gòu)與美觀相互協(xié)調(diào)、同時(shí)適用、安全、經(jīng)濟(jì)以及便利是改善人們居住環(huán)境方面重要手段。房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化理念注重以實(shí)際為準(zhǔn)則，根據(jù)工程建設(shè)的基本狀況，以計(jì)劃成本為控制中心來(lái)進(jìn)行的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，其內(nèi)容就是利用對(duì)建筑基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)、屋蓋系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方案以及圍護(hù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方案等環(huán)節(jié)，建立起一種關(guān)于結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的模型，通過(guò)對(duì)各種不同的影響變量參數(shù)中的若干關(guān)鍵參數(shù)的科學(xué)的計(jì)算，確立最終的建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化結(jié)果方案。

房屋建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)意義重大，一是大大提高建筑結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)性，房屋建筑進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化可節(jié)省材料，有利用抗震，減少內(nèi)外表面裝修，提高了其受力性能，增強(qiáng)了建筑的經(jīng)濟(jì)性能。二是結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)大大降低了建筑工程的總成本造價(jià)。節(jié)約用地，大量資料表明，房屋建筑進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化能夠有效降低工程成本造價(jià)25%左右，同時(shí)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)能夠?qū)κ┕げ牧系男阅芾酶雍侠砘軌蜃尳ㄖこ探Y(jié)構(gòu)內(nèi)部各個(gè)不同單元之間更加充分互相協(xié)調(diào)，提升了建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性。

2.房屋結(jié)構(gòu)構(gòu)造中的問(wèn)題

2.1框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問(wèn)題

房屋建筑的主要承受能力來(lái)自于垂直于水平兩個(gè)方向的合力，是由各個(gè)部分共同承擔(dān)，但有很多房屋結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)師，在進(jìn)行框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的時(shí)，只注重對(duì)橫向框架的設(shè)計(jì)，或多或少的忽略了對(duì)縱向框架的考量，最終可能導(dǎo)致建筑物梁柱承載能力偏弱，整體安全性較差的問(wèn)題。

2.2承重柱和構(gòu)造柱問(wèn)題

房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，承重柱的作用是分擔(dān)來(lái)自房屋主體建筑的重力，而構(gòu)造柱的主要作用是維持豎向承載力，和屋面梁聯(lián)系在一起，限制墻體開(kāi)裂，提高房屋抗震性能，它是不能夠完全代替承重柱的功能和作用的。但在實(shí)際中，許多設(shè)計(jì)工程師將構(gòu)造柱肩負(fù)雙職，同時(shí)擔(dān)負(fù)著房屋的承重功能和抗震功能，最終可能會(huì)引發(fā)構(gòu)造柱出現(xiàn)裂縫，房屋變形倒塌等問(wèn)題。

2.3承重構(gòu)件問(wèn)題

樓板的是將樓面、屋面的荷載負(fù)重都轉(zhuǎn)移到墻體和梁柱上面，保證重力的合理分布，直接關(guān)系著墻、柱、梁三體的安全。目前，某些設(shè)計(jì)工程師使用單向板來(lái)代替雙向板，來(lái)提高設(shè)計(jì)的便捷性，而實(shí)際上單向板很難承受較大的外界部壓力，就很容易導(dǎo)致墻、柱、梁三體失去受力平衡，影響房屋質(zhì)量的現(xiàn)象。同時(shí)還存在一些設(shè)計(jì)師忽視了建筑內(nèi)部結(jié)構(gòu)各部分的受力情況。對(duì)雙向板的有效高度取值存在片面性，取值相對(duì)較大，使得建筑的鋼筋跨度大，產(chǎn)生裂縫。

2.4抗震設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題

在抗震房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員普遍認(rèn)為六度設(shè)防可以看成是沒(méi)有設(shè)防。為了方便受力分析，設(shè)計(jì)人員往往把柱體橫截面較小設(shè)計(jì)，增加梁的線剛度，將梁設(shè)計(jì)成為鉸支梁，柱體的抗壓能力設(shè)計(jì)成軸心抗壓。這種操作方法能夠方便分析房屋結(jié)構(gòu)的受力，但是給整體的房屋結(jié)構(gòu)安全帶來(lái)了危險(xiǎn)。忽視了梁與柱之間的彎矩約束，還有柱體的截面積較小，整個(gè)房屋結(jié)構(gòu)一旦受力，抗彎能力明顯不足，造成了梁底顯現(xiàn)裂縫。

3.房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化措施

建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化可以分為三個(gè)階段：第一階段是變量的選擇。一般情況下，那些對(duì)設(shè)計(jì)人員決定最終設(shè)計(jì)方案起到重要參考作用的數(shù)值，都可以作為變量供設(shè)計(jì)師進(jìn)行抉擇。比如：工程的目標(biāo)參數(shù)包括預(yù)期產(chǎn)生的損失參數(shù)和房屋價(jià)格參數(shù);工程的約束與控制參數(shù)包括表示房屋架構(gòu)可靠性能的參數(shù)等。如果設(shè)計(jì)師能夠?qū)⒖紤]因素較少或者變化幅度較小的參數(shù)作為參考指標(biāo)，那與建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、編程相關(guān)的工作難度將會(huì)隨之降低，設(shè)計(jì)師也能更快找到符合設(shè)計(jì)目標(biāo)的那組數(shù)據(jù);第二階段是函數(shù)的確定。設(shè)計(jì)者要在多組相似的函數(shù)中，選取最符合事先設(shè)定的房屋橫截面尺寸和鋼筋尺寸面積的那一組函數(shù)，分析這組函數(shù)的各種性質(zhì)，從而最大限度地降低房屋建造的成本費(fèi)用;第三階段就是條件的衡量。為了增強(qiáng)房屋結(jié)構(gòu)耐用性和穩(wěn)定性，房屋設(shè)計(jì)的約束指標(biāo)應(yīng)該包含房屋尺寸、架構(gòu)剛性、架構(gòu)穩(wěn)定性、變形限度和受力限度、架構(gòu)體系規(guī)格、單元組件規(guī)格、結(jié)構(gòu)可塑程度、墻體裂隙限度、結(jié)構(gòu)確定程度等。在實(shí)際的設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)師應(yīng)當(dāng)結(jié)合房屋建造工程的實(shí)際情況，比較分析目標(biāo)確定的約束性條件和施工實(shí)際中的約束性條件，保障各種條件都符合相關(guān)規(guī)定，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)結(jié)果的最優(yōu)化。

3.1選擇計(jì)算方法

優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過(guò)程，就是一個(gè)復(fù)雜的計(jì)算過(guò)程。設(shè)計(jì)師在對(duì)各種數(shù)據(jù)進(jìn)行演算時(shí)，要學(xué)習(xí)將附加約束條件的問(wèn)題轉(zhuǎn)換為不附帶約束條件的問(wèn)題，這樣就可更容易求得計(jì)算結(jié)果。

3.2決定最優(yōu)程序

在設(shè)計(jì)了房屋結(jié)構(gòu)模型，并選擇了適當(dāng)?shù)挠?jì)算方法之后，就需要進(jìn)入決定最優(yōu)程序的環(huán)節(jié)了。最優(yōu)的設(shè)計(jì)程序應(yīng)該具備運(yùn)轉(zhuǎn)高效、功能完整、用途齊全等特點(diǎn)。這種程序一般是由很多小程序組合而成，并在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上發(fā)揮重要作用的綜合程序。

3.3分析統(tǒng)計(jì)結(jié)論

設(shè)計(jì)師在統(tǒng)計(jì)了各個(gè)數(shù)據(jù)的計(jì)算結(jié)果之后，就要認(rèn)真分析統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，找出各種設(shè)計(jì)方案之間的不同點(diǎn)和相似點(diǎn)，來(lái)確定最佳方案。。由于，房屋建造是一項(xiàng)成本較高的建設(shè)工程，涉及到各方當(dāng)事人的利益;只有站在宏觀的高度平衡這些利益關(guān)系，才能節(jié)約建設(shè)資金、優(yōu)化建設(shè)方案。因此，在分析結(jié)論時(shí)，設(shè)計(jì)者要注意從多個(gè)角度思考問(wèn)題，不能遺漏細(xì)節(jié)問(wèn)題，妥善處理工程技術(shù)含量與經(jīng)濟(jì)效益之間的關(guān)系，不能只顧節(jié)約成本，而忽視技術(shù)的改進(jìn)。

4.房屋建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)的應(yīng)用需注意的事項(xiàng)

4.1房屋建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)的應(yīng)用需注意到前期的參與

前期方案的確定會(huì)直接影響建筑項(xiàng)目的總成本，而目前普遍存在前期方案確定中結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)并不參與其中，以致相關(guān)設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)往往會(huì)不注意建筑結(jié)構(gòu)的合理性和可行性，這樣的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)果會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)造成直接的影響，增加了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的困難度，并且增加了房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的成本。為此，設(shè)計(jì)人員應(yīng)充分的融入結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，使結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案初期參與其中，優(yōu)化選擇合理的結(jié)構(gòu)形式和設(shè)計(jì)方案，可以節(jié)約成本。

4.2注重細(xì)部?jī)?yōu)化：

①除了注重整體設(shè)計(jì)的同時(shí)，也應(yīng)加強(qiáng)結(jié)構(gòu)基本構(gòu)件的精細(xì)設(shè)計(jì)。比如盡量劃分矩形板塊的現(xiàn)澆板設(shè)計(jì)，這樣既可以使現(xiàn)澆板設(shè)計(jì)的受力合理，也可以避免拐角裂縫的出現(xiàn)。②隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)以及結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)理論的結(jié)合，在具體的優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程中，優(yōu)化設(shè)計(jì)實(shí)際上已由一個(gè)工程實(shí)踐問(wèn)題轉(zhuǎn)化為一個(gè)數(shù)學(xué)問(wèn)題。因此，工程設(shè)計(jì)人員應(yīng)加強(qiáng)自身基于計(jì)算機(jī)技術(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)分析。

5.結(jié)語(yǔ)

建筑物的性能指標(biāo)包括很多。一棟合格的建筑物，應(yīng)該具備質(zhì)量?jī)?yōu)良、外形美觀、結(jié)構(gòu)完整的特點(diǎn)。房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量的好壞，關(guān)系到建筑物整體功能的發(fā)揮。房屋建筑的優(yōu)化設(shè)計(jì)不僅可以提高建筑的功能性、安全性和耐久性，而且還可以在滿足人們對(duì)各種功能要求的基礎(chǔ)上，提升建筑物的美觀性和經(jīng)濟(jì)性，同時(shí)希望通過(guò)優(yōu)化過(guò)程合理的降低工程造價(jià)，實(shí)現(xiàn)社會(huì)價(jià)值與經(jīng)濟(jì)價(jià)值的雙向發(fā)展。

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