探究現(xiàn)代房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法

摘要：近十年來，隨著國民經(jīng)濟的快速增長，我國的城市建設(shè)已日新月異。由于人們生活水平和對生活環(huán)境要求的提高，所以現(xiàn)代建筑的使用價值不僅要過硬，而且還得具備一定的藝術(shù)感。在現(xiàn)代房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，安全、施工便利、經(jīng)濟適、實用等是最為關(guān)鍵的幾個問題，本文結(jié)合作者近年工作實際，首先闡述了現(xiàn)代房屋結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的方式和重要意義，著重探討了結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方式在現(xiàn)代房屋建筑中應(yīng)用，以達到充分了解現(xiàn)代房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化方法。

關(guān)鍵詞：房屋結(jié)構(gòu)；優(yōu)化設(shè)計；方法；應(yīng)用研究

一、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化方式的理論體現(xiàn)

隨著人們對生活環(huán)境的要求越來越高，在現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，不僅要考慮其安全性及基本功能的健全性，好需要考慮到建筑本身的藝術(shù)感和美觀，這就需要充分體現(xiàn)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計。從理論上對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的相關(guān)優(yōu)化方式進行分析，我們可知，建筑結(jié)構(gòu)的的設(shè)計優(yōu)化方式在現(xiàn)實應(yīng)用中，主要體現(xiàn)在房屋工程總體的優(yōu)化還有房屋工程分層結(jié)構(gòu)的優(yōu)化上。對于建筑結(jié)構(gòu)的整體設(shè)計，我們需要盡量減少質(zhì)量中心和建筑剛度中心的相關(guān)性差異，而且建筑整體的平面結(jié)構(gòu)要保持對稱性和規(guī)則性，但是這些結(jié)構(gòu)設(shè)計的理念要基本上滿足建筑設(shè)計師的設(shè)計要求。在滿足建筑物本身的功能下，在垂直方向的設(shè)計要盡量讓同方向的相應(yīng)承重構(gòu)件達到上下相通；而且為了降低在結(jié)構(gòu)設(shè)計上的難度，要盡量減少轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的使用。在垂直方向的設(shè)計上還得充分考慮剛度的相關(guān)要求，剛度的變化要保持簡便性而不是突變性，否則一旦出現(xiàn)剛度的突變會嚴(yán)重影響建筑結(jié)構(gòu)在抵抗水平方向上的動力載荷作用。

二、房屋建筑領(lǐng)域結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方式的重要性

近年來，我國的建筑行業(yè)得到了長足的發(fā)展。目前，高層、超高層建筑如雨后春筍般涌現(xiàn)出來，在如何控制投資成本的情況下，還要保證建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計符合大眾要求成為相關(guān)工作人員及企業(yè)關(guān)注的問題。如果相關(guān)企業(yè)要想對房屋建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計進行優(yōu)化，設(shè)計方應(yīng)該在保證質(zhì)量合格的前提下，對設(shè)計方案進行系統(tǒng)化分析，應(yīng)用先進的技術(shù)理念與設(shè)計觀念對工程建筑進行總體的管理，從而合理地控制建筑工程的造價問題。事實表明，如果設(shè)計者能將施工的技術(shù)與經(jīng)濟效益做到緊密相連，規(guī)劃出科學(xué)的設(shè)計方案，就可以保證建筑企業(yè)獲得最大的經(jīng)濟收益。因此，對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的科學(xué)優(yōu)化能夠更加全面地發(fā)揮機械設(shè)備以及建筑材料的性能，與以往的設(shè)計相比較會更具有優(yōu)勢。而且進行合理優(yōu)化時能夠降低相應(yīng)的造價投入，為企業(yè)的整體獲取更大化的利益。同時對結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化還能將房屋結(jié)構(gòu)的層次進行系統(tǒng)性的結(jié)合，加強房屋質(zhì)量的提高，更大程度地保證居民的居住安全。由此看來，對建筑結(jié)構(gòu)進行相應(yīng)的優(yōu)化是提高居民居住安全、為企業(yè)創(chuàng)造最大利益的重要方式之一。

三、建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化方式在房屋建設(shè)應(yīng)用上的具體步驟

1.創(chuàng)建建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化模型

（1）合理化、科學(xué)化選擇設(shè)計的變量

在現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，選擇變量的時候，通常將影響建筑自身結(jié)構(gòu)的參數(shù)作為變量。例如嚴(yán)格控制目標(biāo)的相關(guān)參數(shù)值（建筑損失的期望值c2、建筑結(jié)構(gòu)造價值c1）、建筑約束控制的相關(guān)參數(shù)值（建筑結(jié)構(gòu)的相對可靠度ps）等。對于一些影響并不是太大的、變化范圍很小或者由局部性相關(guān)要素就能滿足設(shè)計要求的一部分參數(shù)，我們一般是通過預(yù)定式參數(shù)進行表示，這樣一來就能減少我們相應(yīng)的設(shè)計數(shù)量與計算數(shù)量，還可以相應(yīng)的減少編程的工作量，進而提升工作效率。

（2）確定相應(yīng)的目標(biāo)函數(shù)

對建筑結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設(shè)計時，必須找到一組符合預(yù)定條件的相應(yīng)尺寸的鋼筋截面面積，以及已經(jīng)失效的概率函數(shù)，這樣能使建筑工程的整體造價達到最少。

2.科學(xué)設(shè)定優(yōu)化設(shè)計的相關(guān)方案

依據(jù)可靠度而開始進行房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化通常都具有很多約束條件，有時會遇到非線性的相關(guān)優(yōu)化問題。所以在相應(yīng)的計算中，會進行相應(yīng)的轉(zhuǎn)換，將有約束的優(yōu)化轉(zhuǎn)化成無約束的優(yōu)化，而相關(guān)的計算、方式有拉式乘子法、powell 法等。

3.設(shè)計相關(guān)應(yīng)用程序

依據(jù)可靠度而開始進行房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化基本模型，以及在設(shè)計時運用的相應(yīng)的計算方式，為了可以更好地實現(xiàn)其效果，能夠?qū)⑦@些編纂成一個運算速度較快而且功能全面的綜合性、科學(xué)性的應(yīng)用程序。這樣能使整個優(yōu)化設(shè)計更加全面地、有效率地進行實施。

4.綜合結(jié)果分析

在得出一定的計算結(jié)果之后要對其進行一個必要性的分析和比較，然后再折中選擇一個效果最佳的設(shè)計方案。在分析的過程中，我們務(wù)必要全面考慮相關(guān)的問題，而且對相應(yīng)的問題要多角度分析。這一步在整個建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計中是至關(guān)重要的，選擇一個合理的設(shè)計方案能夠保證房屋建筑整體的美觀感、安全性以及實用合理性，同時還能影響工程整體施工的資金投入。

四、結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方式在房屋建筑領(lǐng)域的具體應(yīng)用

1.房屋建筑的整體性與局部性優(yōu)化

建筑在設(shè)計上都具備著相應(yīng)的層次性和復(fù)雜性的特點。從層次性角度講，包含著建筑的整體設(shè)計體系、結(jié)構(gòu)相關(guān)體系、安裝體系等，每一個單獨的體系又包含了眾多的下屬體系。在對房屋進行設(shè)計時，設(shè)計者要對每一個下屬系統(tǒng)地進行相應(yīng)的優(yōu)化，沖破關(guān)聯(lián)的橫向性，實現(xiàn)疊加型工程；對于復(fù)雜性來講，主要包含選取建筑的材料、選取建筑的零部件等。因此在進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化時要從整體入手，才能真正實現(xiàn)整體的設(shè)計優(yōu)化。

2.建筑壽命優(yōu)化與階段性優(yōu)化

在工程的使用年限內(nèi)，對每一階段都要進行相應(yīng)的方案優(yōu)化。房屋的設(shè)計者要考察各個階段的特點，根據(jù)實際結(jié)果進行優(yōu)化方式的確定，從而可以對工程的整體壽命進行科學(xué)的優(yōu)化。這樣，既保證了建筑質(zhì)量，又提高了建筑企業(yè)的經(jīng)濟效益。

3.樁基礎(chǔ)的具體優(yōu)化

建筑中的樁基礎(chǔ)能夠分為灌注樁和預(yù)制樁。灌注樁在整體施工時的質(zhì)量較為難控制，而且操作的技巧復(fù)雜，時間還較長。因此在沉降符合標(biāo)準(zhǔn)的前提下，要加入預(yù)制樁的施工，從而減少相應(yīng)的工序。而且要注意，在伴隨著樁基不斷加深，土壤本身對裝機的摩擦逐漸增大，務(wù)必要選擇較長的預(yù)制樁。

4.對建筑主體上部結(jié)構(gòu)進行的科學(xué)性優(yōu)化

房屋建筑的上部結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)當(dāng)建立相應(yīng)的模型并進行系統(tǒng)的優(yōu)化。整個過程最先一步就應(yīng)當(dāng)合理地設(shè)置剪力墻，保證剪力墻整體的質(zhì)量是均勻的，這樣能將樓層中平面剛度的中心點重合于樓層整體的結(jié)構(gòu)重心，從而減少地震或者風(fēng)力等對其的破壞性。在房屋建設(shè)時，如果條件允許，要盡可能地對剪力墻進行大開間的構(gòu)造，加長剪力墻的墻肢長度，這樣就能減少墻肢的數(shù)量，還能在符合標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上減少混凝土的使用。另外，剪力墻里的暗柱是拿一般性鋼材鑄造而成，如果采用較大的剪力墻就可以減少相對的鋼筋使用數(shù)量，減少相應(yīng)的成本。然而如果建筑的本身不具有相應(yīng)的條件，而且對于抗震抗壓的要求較高，就不得構(gòu)造過大的剪力墻。

結(jié)束語：

對房屋結(jié)構(gòu)的設(shè)計進行優(yōu)化有著最基本的目的，就是保證建筑本身的功能，提高建筑主體的質(zhì)量，提升建筑的環(huán)保能力，增加建筑企業(yè)的經(jīng)濟收益。如果要想達到這樣的一個目標(biāo)，就需要房屋建筑的設(shè)計者積極提高自我的知識水平，要在原有的基礎(chǔ)上開拓創(chuàng)新，主動為人民居住的房屋提供安全性的保障。因此，筆者認為建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化方式在整個房屋的結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用是有著非常重要的地位的，是值得每個設(shè)計者深思的。

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