建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用

胡浩

（荊門市規(guī)劃勘測設(shè)計研究院 湖北荊門 448000）

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用

胡浩

（荊門市規(guī)劃勘測設(shè)計研究院 湖北荊門 448000）

在當今社會當中，不僅要求建筑具有必要的使用價值，同時對于其美觀方面也有新的要求。對房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計時我們必須要考慮實用、經(jīng)濟、美觀、便于施工以及安全五個基本問題，這也就要求對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計必須進行相應(yīng)的優(yōu)化，盡量使得房屋結(jié)構(gòu)合理、可靠、安全，合理利用空間資源。本文首先闡述了建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)用的重要性以及優(yōu)化的步驟，并對房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法的應(yīng)用進行詳細的論述。

建筑；優(yōu)化設(shè)計；房屋結(jié)構(gòu)

引言

隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展以及社會的不斷進步，建筑市場的競爭也在不斷增強，在激烈的競爭中為了確保企業(yè)能夠占有一席之地，為業(yè)主建設(shè)出外觀良好、性能安全的房屋建筑，對施工方法及設(shè)計相關(guān)施工企業(yè)應(yīng)進行深入研究。由于房屋建筑商品的總體投入中，其結(jié)構(gòu)的資金投入占取的比例相對較大，利用對結(jié)構(gòu)設(shè)計的不斷優(yōu)化，不但可以減少項目資金投入，同時還可以保證房屋建筑的質(zhì)量安全。

1 建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)用的重要性

就當前我國國情及發(fā)展趨勢來看，高層或超高層住房將是房屋建筑的主要趨勢，那么保證結(jié)構(gòu)設(shè)計符合時代需求，減少資金投入就成為建筑企業(yè)及投資人員越來越重視的事情。要對房屋的結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，在確保建筑質(zhì)量安全的前提下施工人員應(yīng)細致分析設(shè)計方案，應(yīng)用先進的設(shè)計技術(shù)及觀念，從而控制工程造價。通過對建筑的結(jié)構(gòu)進行設(shè)計優(yōu)化，同以往的結(jié)構(gòu)設(shè)計相比更具優(yōu)勢，還能夠使得機械設(shè)備及建材的性能全面發(fā)揮。對建筑的結(jié)構(gòu)進行設(shè)計優(yōu)化能夠為企業(yè)贏取更高的收益，降低工程造價的資金投入。除此之外，還能夠有機整合房屋結(jié)構(gòu)中的各個單元，保證人們的居住安全，提高建筑的質(zhì)量。為此對房屋的結(jié)構(gòu)進行設(shè)計優(yōu)化是保證民用房屋適用性更強、經(jīng)濟性更好的重要方法之一。

2 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)用的步驟介紹

2.1 建立結(jié)構(gòu)優(yōu)化的模型

2.1.1 合理選擇設(shè)計變量

選擇設(shè)計變量時，我們通常將設(shè)計變量選取為對建筑結(jié)構(gòu)影響的主要參數(shù)。比如說約束控制相關(guān)參數(shù)和目標控制的相關(guān)參數(shù)等。

2.1.2 確定目標函數(shù)

在對結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化時，還必須要找到一組能夠與預(yù)定條件鋼筋的截面積、截面相應(yīng)的幾何尺寸以及相應(yīng)失效的概率函數(shù)相滿足函數(shù)，使得工程造價最少。

2.1.3 確定約束條件

對于房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化來講，結(jié)構(gòu)的可靠度必須要有充足的保證，確定相應(yīng)優(yōu)化設(shè)計相關(guān)的約束條件，其中它主要包括應(yīng)力約束、尺寸約束、裂縫寬度約束、結(jié)構(gòu)體系約束、結(jié)構(gòu)強度約束、構(gòu)件單元約束以及從可靠指標到確定性約束條件等約束條件。在結(jié)構(gòu)設(shè)計時，比較與分析實際的約束條件與目標約束條件，然后使得每個約束條件都能夠得到相關(guān)要求與滿足，以實現(xiàn)最佳的設(shè)計。

人們對美好生活的向往，不僅要有充足的食物，更需要有豐富、安全的食物，更需要有優(yōu)質(zhì)的食物，更需要有自己喜歡的、舒適的環(huán)境，不能每人都穿著航空服，吃著所謂的“有機食品”，這樣真的幸福嗎？充滿污染的土壤、水、空氣、還有人為增加的那些化學(xué)品，還能生產(chǎn)出有機食品，誰信呀！

2.2 設(shè)定優(yōu)化設(shè)計的計算方案

房屋結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計依據(jù)可靠度具有復(fù)雜的多變量、多約束以及非線性的優(yōu)化問題，在進行計算以及分析過程當中，通常都會把有約束的優(yōu)化問題轉(zhuǎn)換成無約束優(yōu)化問題以后在進行求解。較為常使用的優(yōu)化設(shè)計的計算方法有Powell法、復(fù)合形法、拉氏乘子法等。

2.3 設(shè)計相關(guān)的程序

房屋結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計所使用的計算方法以及優(yōu)化設(shè)計的基本模型依據(jù)可靠度進行，可以編寫一個功能齊全以及運算速度快的綜合應(yīng)用程序。

2.4 結(jié)果分析

對相應(yīng)的計算結(jié)果，我們必須進行必要的比較分析，從而能夠選出一個最佳的設(shè)計方案。在這個過程中，我們要對問題進行多角度的考慮，考慮問題必須全面。這一過程在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化中非常的重要，選擇合理的設(shè)計方案，不僅能夠確保結(jié)構(gòu)的實用性、合理性、安全性以及美觀，還能夠直接的影響著施工中資金的投入。在結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化中忽略技術(shù)上的相關(guān)要求，只強調(diào)經(jīng)濟上的節(jié)約是不正確的；同樣不考慮經(jīng)濟的要求，只考慮技術(shù)上的要求，而也是不合理的。我們必須將這兩方面進行有效的結(jié)合，從而達到有關(guān)的要求。

3 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法在房屋建筑領(lǐng)域的具體應(yīng)用

在設(shè)計上，建筑都具備著相應(yīng)的復(fù)雜性和層次性的特點。從層次性角度講，包含著建筑的安裝體系、結(jié)構(gòu)相關(guān)體系、整體設(shè)計體系等，這些體系又含有較多的下屬體系。設(shè)計者在設(shè)計房屋時，要優(yōu)化每一個下屬系統(tǒng)，實現(xiàn)疊加型工程，沖破關(guān)聯(lián)的橫向性；從復(fù)雜性來講，主要包含選取建筑的零部件、選取建筑的材料等。為此在優(yōu)化結(jié)構(gòu)時要從整體入手，這樣就能夠使得整體的設(shè)計優(yōu)化得以實現(xiàn)。

3.2 建筑階段性優(yōu)化與壽命優(yōu)化

在工程的使用年限范圍內(nèi)，應(yīng)該優(yōu)化每一階段都要進行相應(yīng)的方案。設(shè)計者要考察房屋各個階段的特點，依據(jù)實際的具體情況進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法的確定，這樣不僅僅能夠?qū)こ痰恼w壽命進行科學(xué)的優(yōu)化，同時也能夠使得建筑企業(yè)的經(jīng)濟效益得到提高、建筑質(zhì)量得到有效的保障。

3.3 樁基礎(chǔ)的優(yōu)化

樁基礎(chǔ)通常分為預(yù)制樁以及灌注樁。在進行整體施工的時候，很難控制灌注樁的質(zhì)量，而且它的操作時間相對較長，技巧復(fù)雜。為此在沉降符合相關(guān)標準的前提之下，要添加預(yù)制樁的施工，從而就能夠使得相應(yīng)的工序得到減少。并且隨著樁基的不斷深入，土壤自身對于樁基的摩擦也在不斷的增加，這就要求選取較長的預(yù)制樁。

3.4 建筑主體上部結(jié)構(gòu)的優(yōu)化

在進行房屋建筑上部結(jié)構(gòu)設(shè)計的時候，應(yīng)該建立相應(yīng)科學(xué)合理的模型，并且還要優(yōu)化系統(tǒng)，其第一步就是要進行剪力墻的合理設(shè)置，保證剪力墻具有均勻的整體質(zhì)量，這樣能將樓層整體的結(jié)構(gòu)重心與樓層中平面剛度的中心點重合，從而減少風力或者地震等對其的破壞性。在建設(shè)房屋時，對剪力墻要盡可能地進行大開間的構(gòu)造，加長剪力墻的墻肢長度，這樣在符合標準的基礎(chǔ)上能減少墻肢的數(shù)量。

3.5 建筑優(yōu)化與結(jié)構(gòu)優(yōu)化保持協(xié)調(diào)

在進行結(jié)構(gòu)設(shè)計時要使得建筑的整體平面與整體結(jié)構(gòu)緊密配合有足夠的保證，這樣能夠使得建筑本身的結(jié)構(gòu)與美觀的相應(yīng)合理性效果得以實現(xiàn)。對于建筑系統(tǒng)而言，支柱與墻體不能有錯位的現(xiàn)象、要保證簡潔、截面要與高度的面積相通。在設(shè)計樓體時，受力較多的轉(zhuǎn)角區(qū)域，承重材料要選擇高強建材，從而能夠更好地降低自重。

3.6 排水系統(tǒng)優(yōu)化與結(jié)構(gòu)優(yōu)化保持協(xié)調(diào)

在建筑房屋中排水系統(tǒng)有著很多的機械設(shè)備，對于荷載強度、荷載能力較大，為此要將其設(shè)置在地下室，同時保證預(yù)留深度與管道的預(yù)留尺寸要符合相應(yīng)標準，加固樓板本身的鉆孔位置。除此之外，要盡可能降低水平方向的管線貫穿柱或梁的情況發(fā)生。

3.7 電氣優(yōu)化與結(jié)構(gòu)優(yōu)化保持協(xié)調(diào)

電氣管線是以導(dǎo)線的形式在樓板、墻體或者金屬管體的外部進行安裝的，這樣有可能會導(dǎo)致預(yù)制的結(jié)構(gòu)施工出現(xiàn)困難，為此在梁體上要提前預(yù)留相應(yīng)的孔洞，使管線穿過梁體，并且要保證梁體和相應(yīng)墻體的寬度保持一致。在整個房屋的建筑方面，電梯部分會有較多的空洞，建筑構(gòu)件埋下較多，這時設(shè)計者對于電梯部分的建筑應(yīng)該進行單獨計算與分析，保證設(shè)計的安全性與合理性。

4 結(jié)束語

綜上所述，通過對建筑的結(jié)構(gòu)進行設(shè)計優(yōu)化，既可以對工程資金投入進行控制，同時還可以保證建筑自身的功能。除此之外，開發(fā)商及建筑企業(yè)不應(yīng)過于對結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的經(jīng)濟效益給與關(guān)注，利用削弱技術(shù)性能、降低質(zhì)量標準、縮減建材等方法來追求利益，并且也不可以忽視經(jīng)濟效益而一味的關(guān)注技術(shù)。對房屋結(jié)構(gòu)的設(shè)計優(yōu)化所要達到的最終目的就是增加企業(yè)收益、提高建筑的質(zhì)量、保證建筑的功能、提升環(huán)保性能。為此，設(shè)計人員應(yīng)緊跟時代步伐，不斷提高自身水平，勇于開拓創(chuàng)新，為人民的生活及居住提供安全保障。

[1]陳俊.淺談結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化設(shè)計技術(shù)與其在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用[J].科技致富向?qū)В?013，02：172.

[2]辛海虹.結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化技術(shù)與其在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用[J].價值工程，2010，27：121.

[3]陳述康.結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化技術(shù)在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中的具體應(yīng)用[J].江西建材，2013，05：49+53.

TU318

A

1673-0038（2015）35-0015-02

2015-8-15

胡浩（1979-），男，工程師，大學(xué)本科，主要從事建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計及管理工作。