房屋結(jié)構(gòu)設計中的建筑結(jié)構(gòu)設計優(yōu)化

楊穎廣 池雪雷

【摘要】房屋結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計能夠保證房屋的質(zhì)量，同時還能夠提高房屋空間的利用率。在這樣的結(jié)構(gòu)環(huán)境中生活，能夠讓人感到舒心，從而提高人民的生活水平，不斷滿足當前人們房屋居住環(huán)境的需求，同時也能夠保證我國建筑事業(yè)的進步。

【關鍵詞】房屋結(jié)構(gòu);建筑結(jié)構(gòu);結(jié)構(gòu)設計

一、建筑結(jié)構(gòu)設計優(yōu)化的基本理論?房屋結(jié)構(gòu)設計，是一項技術(shù)含量很高的專業(yè)性活動。設計人員在進行具體房屋結(jié)構(gòu)的設計時，應當兼顧建筑物的各種性能指標，包括使用價值指標、美學價值指標等。建筑物的功能價值，指的是建筑物作為人們的日常住所所必須具有的遮擋風雨、抗溫度變化等基本功能;建筑物的審美價值，指的是建筑物的外形要美觀、結(jié)構(gòu)搭配要協(xié)調(diào)，從而給人以美的享受。設計者不僅要考慮到房屋的基本性能，還要考慮到房屋的結(jié)構(gòu)搭配以及美學價值的大小。在這樣的設計理念指引下，設計者就要從擬定的多種方案中選擇一種最佳的方案，以實現(xiàn)房屋結(jié)構(gòu)設計的綜合目標。我們可以將這個方案篩選過程用科學化方式加以表達：運用建筑學和相關的數(shù)學知識，在許多種設計方案中，選擇一種與設計目標最相符的、最能體現(xiàn)居住者需要的設計方案。建筑結(jié)構(gòu)設計優(yōu)化，指的是在設計建筑結(jié)構(gòu)時，要改革設計理念，應用科學、先進的設計方案篩選方式，選擇出在各方面都能達到最佳效果的設計方法。建筑物內(nèi)部的結(jié)構(gòu)十分復雜，要將建筑物的各個部分完美組合在一起，使建筑物發(fā)揮最佳的功能，并不是一件容易的事情。建筑結(jié)構(gòu)設計優(yōu)化，具體包括建筑物中各個部分結(jié)構(gòu)設計的優(yōu)化，以及建筑物整體設計結(jié)構(gòu)的優(yōu)化。在這兩個部分中，建筑物整體結(jié)構(gòu)的優(yōu)化顯得更為重要，因為整體是各個部分的綜合，在完善房屋功能方面發(fā)揮著更大的作用。?在進行建筑結(jié)構(gòu)設計的過程中，設計者要平衡房屋使用者和建造者的利益，充分考慮房屋建筑工作者的意見：在滿足建筑物建造者需求的基礎上，尋求新式的房屋結(jié)構(gòu)布局方法。具體而言，房屋的平面結(jié)構(gòu)應當平整，體現(xiàn)出建筑物的對稱美，并盡量減小平面建造質(zhì)量與房屋剛性結(jié)構(gòu)要求之間的差異，使得房屋在承受較大的水平方向作用力時，不至于發(fā)生結(jié)構(gòu)性的扭曲;在滿足居住者使用要求的基礎上，設計者應將房屋的承重結(jié)構(gòu)設計成豎直貫通的形式，以便增強房屋對豎直方向壓力的承受能力;盡量不更換房屋原有的轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)。

二、建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化在房屋建筑中的重要作用?根據(jù)我國現(xiàn)階段經(jīng)濟發(fā)展趨勢以及建筑房屋多元化的發(fā)展趨勢，現(xiàn)在很多的建筑房屋都為高層結(jié)構(gòu)有的地區(qū)還有很多的超高層建筑結(jié)構(gòu)。因為這種特殊的建筑構(gòu)造，為了使建筑單位的資金得以有效利用，不斷減少建筑成本就要對房屋的建筑結(jié)構(gòu)設計進行優(yōu)化，同時這也是建筑企業(yè)以及投資人員最為關注的問題。?要想使房屋的結(jié)構(gòu)得以優(yōu)化，施工人員一定要重視對建筑物的質(zhì)量監(jiān)管力度，并要將保障建筑質(zhì)量安全作為施工的前提與基礎，對于設計方案中的各個細節(jié)要進行詳細的分析和優(yōu)化，施工單位還要不斷的對建筑的整體結(jié)構(gòu)通過采用較為先進的設計理念與技術(shù)使整體的設計得以優(yōu)化，以實現(xiàn)控制工程造價的目的。從相關的數(shù)據(jù)反映情況來看，與沒有經(jīng)過設計優(yōu)化的建筑相比較而言，對房屋結(jié)構(gòu)進行設計優(yōu)化之后，經(jīng)費可以大大縮減。但是，在實際的操作過程中，因為被多方面的條件限制住了，進行優(yōu)化的各項方法就難以開展，需面臨非常多的困難，而且也無法將其優(yōu)越性充分地發(fā)揮出來。?在進行房屋建筑結(jié)構(gòu)設計的優(yōu)化過程中，要使開展施工的各項建筑材料以及施工的設備的功能和性能得以充分地發(fā)揮，而在開展這項工作中，與建筑結(jié)構(gòu)的設計相比，則更加具有獨特的優(yōu)勢，此外，在進行了建筑的設計優(yōu)化以后，建筑單位的施工造價也能實現(xiàn)有效地降低，因此，就會使企業(yè)獲取到更多的經(jīng)濟效益。此外，在進行了優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)的設計之后，還能使房屋結(jié)構(gòu)中各個單元實現(xiàn)的有機整合，使建筑的整體質(zhì)量得以提升，對人們的居住安全給予了重要保障。因此，要想對房屋結(jié)構(gòu)具有更強的適用性與更好的經(jīng)濟性，優(yōu)化房屋的結(jié)構(gòu)設計，是一條行之有效且非常重要的途徑。

三、房屋結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設計的措施?房屋結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設計方法的目的是降低工程造價成本費用，并為房屋的建成后的經(jīng)濟效益提供基礎條件，根據(jù)實踐的設計經(jīng)驗，我提出以下的優(yōu)化措施。?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模式，常見的結(jié)構(gòu)設計模式有如下三種。?（1）短肢剪力墻結(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)形式相對于剪力墻的抗震級別要高，比起剪力墻，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—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)模式時，不能單方面的認為造價最低的方案就是最科學合理的方案，而是要結(jié)合房屋業(yè)主的功能需求，以及建設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合適的結(jié)構(gòu)模式。?2、結(jié)構(gòu)設計信息優(yōu)化技術(shù)?由于房屋建筑結(jié)構(gòu)受到設計變量等條件的約束，很難用單一的結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法。因此應開發(fā)一種更為實用方便的參數(shù)定義優(yōu)化軟件，減少設計者在結(jié)構(gòu)優(yōu)化方面的精力和時間。我較為推崇的是TBCAD系統(tǒng)，這種系統(tǒng)是針對結(jié)構(gòu)方案設計、建模、分析、評估等為一體的成本控制軟件系統(tǒng)，該可以進行結(jié)構(gòu)方案的指導設計，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。?3、各種功能結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設計內(nèi)容?結(jié)構(gòu)抗震的經(jīng)濟化設計，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)的大部分，在抗震結(jié)構(gòu)設計中，抗側(cè)力結(jié)構(gòu)是造價控制的重點。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。此外設計人員對房屋結(jié)構(gòu)的設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，通過抗震構(gòu)造措施對抗震的薄弱環(huán)節(jié)進行改善，將抗震結(jié)構(gòu)設計的成本降到最低。

結(jié)束語?綜上所述，建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計方案是一個復雜的綜合決策問題，其基本原則需要確保建筑的適用、安全、美觀、經(jīng)濟及在施工過程中需要確保施工的便捷性。這五個方面在建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計中各有所重，并且之間存在著矛盾，一個優(yōu)秀的設計方案應當是在五個方面的最佳結(jié)合，只有在實踐中不斷的探索，才會使建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計的水平得到進一步提高。?參考文獻：?[1]翁維素.運用系統(tǒng)思想優(yōu)化工程結(jié)構(gòu)設計實現(xiàn)節(jié)約目標[J].河北建筑工程學院學報，2012，10（3）：9-10.?[2]胡天水.房屋結(jié)構(gòu)設計中的建筑結(jié)構(gòu)設計優(yōu)化[J]中國居民，2013，10（12）：23-24.?[3]張愛民.建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計探討[J]科技創(chuàng)新導報，2011，9（34）：21-23.