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

何文斌

摘 要：建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，既要充分考慮安全可靠性以、功能健全性，又要考慮建筑的美感及其藝術(shù)性，這就要求對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化。實(shí)踐中我們可以看到，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化，主要體現(xiàn)在房屋結(jié)構(gòu)總體優(yōu)化、分層結(jié)構(gòu)優(yōu)化層面上。文章將對(duì)此進(jìn)行分析，并在此基礎(chǔ)上談一下個(gè)人的觀點(diǎn)和認(rèn)識(shí)，僅供參考。

關(guān)鍵詞：建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；優(yōu)化方法；應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TU318 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2016）17-0048-01

通過對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，可以有效發(fā)揮現(xiàn)有設(shè)備、建材性能，較之于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)，有其自身的優(yōu)勢(shì)。在合理優(yōu)化過程中，應(yīng)當(dāng)適當(dāng)?shù)慕档驮靸r(jià)，為建筑企業(yè)獲得更多的利益。同時(shí)，還有對(duì)結(jié)構(gòu)優(yōu)化，將房屋結(jié)構(gòu)層次系統(tǒng)化結(jié)合在一起，提高房屋質(zhì)量，確保業(yè)主的安全、舒適。

1 建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化步驟分析

1.1 構(gòu)建優(yōu)化模型

第一，科學(xué)合理地選擇設(shè)計(jì)變量。在變量選擇過程選擇，我們應(yīng)當(dāng)將影響建筑結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵性參數(shù)視為變量。比如，對(duì)建筑損失期望值、結(jié)構(gòu)造價(jià)值以及相對(duì)可靠性等進(jìn)行嚴(yán)格控制，這些既是目標(biāo)參數(shù)值，又是建筑約束控制的參數(shù)值。對(duì)于那些影響并不大、變化范圍非常小的要素，即可滿足部分設(shè)計(jì)參數(shù)；實(shí)踐中，采用預(yù)定式參數(shù)表示，以此來(lái)減少設(shè)計(jì)、計(jì)算數(shù)量，減少編程過程中的工作量，并以此來(lái)提升工作效率。

第二，目標(biāo)函數(shù)的確定。優(yōu)化設(shè)計(jì)建筑結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)當(dāng)找到符合預(yù)定尺寸和條件的鋼筋截面面積、已失效的概率函數(shù)，通過該種方式可以減少建筑工程整體施工建設(shè)造價(jià)。

第三，約束條件確定的科學(xué)化。建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)當(dāng)確保該結(jié)構(gòu)的整體安全可靠性，科學(xué)地確定、優(yōu)化設(shè)計(jì)約束條件。其中，約束條件是指建筑結(jié)構(gòu)裂縫寬度、建筑結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、尺寸大小以及構(gòu)件和結(jié)構(gòu)體系等約束條件。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)當(dāng)對(duì)目標(biāo)性質(zhì)、實(shí)際性質(zhì)等約束條件科學(xué)化的對(duì)比和分析，要確保相關(guān)約束條件均可有效滿足建筑工程整體施工建設(shè)要求，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)最優(yōu)化。

1.2 科學(xué)設(shè)定以及優(yōu)化設(shè)計(jì)方案

基于可靠度對(duì)房屋結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化時(shí)，一般會(huì)遇到較多的約束條件和限制性因素，有時(shí)可能會(huì)遇到一些非線性優(yōu)化問題。從這一點(diǎn)來(lái)看，在實(shí)際計(jì)算過程中，會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)轉(zhuǎn)換，將原本存在約束的優(yōu)化逐漸轉(zhuǎn)變成無(wú)約束優(yōu)化。在此過程中，采用計(jì)算方法有、powell法、拉式乘子法等。同時(shí)，還要對(duì)相關(guān)應(yīng)用程序進(jìn)行設(shè)計(jì)，即根據(jù)實(shí)際可靠度進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化模型，在設(shè)計(jì)過程中利用相應(yīng)計(jì)算方法，為的是獲得更好的效果。采用該種方式，可以使優(yōu)化設(shè)計(jì)更加的全面、高效。

1.3 綜合分析結(jié)果

在得出計(jì)算結(jié)果以后，應(yīng)當(dāng)對(duì)比分析其必要性，并在此基礎(chǔ)再折中選擇最佳良好的額設(shè)計(jì)方案。具體分析實(shí)踐中，我們應(yīng)當(dāng)全面考慮可能存在的和隱患，選擇科學(xué)合理的設(shè)計(jì)方案可以確保房屋工程施工建設(shè)質(zhì)量和美觀度、安全性、實(shí)用性，與該建筑工程整體施工過程中的資金投入，關(guān)系密切。建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化過程中，不能一味地強(qiáng)調(diào)節(jié)約，還有考慮建筑技術(shù)方面的要求；也不能只是強(qiáng)調(diào)技術(shù)要求，而不考慮經(jīng)濟(jì)節(jié)約。無(wú)論那種行為，單一考慮一個(gè)方面，是不合理的，甚至?xí)?yán)重影響整個(gè)建筑施工質(zhì)量及其經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益的實(shí)現(xiàn)。

2 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化在房建工程中的應(yīng)用

房建工程施工建設(shè)過程中，尤其是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化時(shí)，其主要的目標(biāo)就是要確保結(jié)構(gòu)的功能及施工質(zhì)量，并在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)建筑工程建設(shè)的經(jīng)濟(jì)效益，基于此，我們應(yīng)當(dāng)在建筑設(shè)計(jì)過程中，不斷提高專業(yè)技術(shù)和能力，引用先進(jìn)的技術(shù)手段，合理設(shè)計(jì)方案，并對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，以此來(lái)建造實(shí)用、安全而又經(jīng)濟(jì)的房屋結(jié)構(gòu)。

2.1 建筑結(jié)構(gòu)的局部與整體優(yōu)化

任何建筑工程設(shè)計(jì)時(shí)，都會(huì)面臨復(fù)雜性以及層次性。對(duì)于復(fù)雜性而言，其又包括建筑結(jié)構(gòu)零部件選取、建材采購(gòu)以及結(jié)構(gòu)類型確定等方面的內(nèi)容；關(guān)于層次性，其涉及到諸多方面的內(nèi)容，而且結(jié)構(gòu)也表現(xiàn)出較大的復(fù)雜性特點(diǎn)。比如，設(shè)計(jì)、施工以及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等方面的內(nèi)容，每一個(gè)體系中又分別包含了很多個(gè)下屬的項(xiàng)目。在現(xiàn)代房建工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)實(shí)踐中，設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)立足實(shí)際，不斷優(yōu)化和創(chuàng)新各下屬系統(tǒng)，最大限度地沖破布局之間的傳統(tǒng)格局。在任何房屋工程建設(shè)過程中，結(jié)構(gòu)優(yōu)化的著力點(diǎn)、核心在于整體而非某一個(gè)局部位置，只有這樣進(jìn)行優(yōu)化和創(chuàng)新，才能滿足設(shè)計(jì)要求。

2.2 主體結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

在建筑工程上部位置相關(guān)結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)實(shí)踐中，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行建模，并優(yōu)化整體系統(tǒng)。在該過程中，最主要的就是合理設(shè)計(jì)剪力墻，并確保剪力墻工程均勻可靠性。通過將樓層平面剛度中心點(diǎn)、結(jié)構(gòu)重心結(jié)合（或者重合）在一起，目的在于減少風(fēng)力或者地震等災(zāi)害造成的影響。在房建工程建設(shè)時(shí)，條件允許的情況下，應(yīng)當(dāng)最大限度地對(duì)剪力墻采取大開間構(gòu)造模式，對(duì)剪力墻墻肢的長(zhǎng)度進(jìn)行加長(zhǎng)，以此來(lái)減少墻肢，并且在標(biāo)準(zhǔn)要求下減少混凝土用量。同時(shí)，剪力墻暗柱設(shè)計(jì)時(shí)，利用的是普通類型的鋼材，如果剪力墻相對(duì)較大，則鋼筋的用量就會(huì)隨之減少，降低成本。實(shí)踐中可以看到，若建筑結(jié)構(gòu)自身?xiàng)l件不具備，而且具有較高的抗震抗壓要求，則剪力墻構(gòu)件不得太大。

2.3 樁基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)

在實(shí)踐中，結(jié)合業(yè)主提供的地質(zhì)報(bào)告，從本工程項(xiàng)目的實(shí)際考慮，樁基礎(chǔ)優(yōu)選鉆孔灌注，而且樁基包括抗拔樁以及承壓樁兩種形式；實(shí)踐中，為了能夠有效節(jié)約樁基成本，對(duì)柱下負(fù)荷情況預(yù)測(cè)和估計(jì)，然后基于業(yè)主的地質(zhì)報(bào)告，我們可以提前對(duì)樁基礎(chǔ)的靜荷載做試驗(yàn)和評(píng)估，從而準(zhǔn)確地確定所用抗拔樁、承壓樁力等。在某房間工程項(xiàng)目的地下室埋深相對(duì)較深、地下水比較豐富時(shí)，建議布設(shè)相應(yīng)的抗拔樁。在設(shè)計(jì)建筑結(jié)構(gòu)時(shí)，對(duì)抗拔樁承載力分析和估算，此時(shí)應(yīng)當(dāng)先結(jié)合土層參數(shù)，確定抗拔樁承載力，進(jìn)而根據(jù)這一特征值，對(duì)抗拔樁鋼筋量進(jìn)行計(jì)算，以確保其能夠滿足承載力規(guī)范，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益。通過分析靜載試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，上述設(shè)計(jì)的抗拔樁承載力，可以有效的滿足要求。這也說(shuō)明，通過提前分析和實(shí)驗(yàn)樁基靜荷載，不僅能夠確保工程項(xiàng)目在規(guī)定的工期內(nèi)完成建設(shè)任務(wù)，而且還能夠有效的節(jié)約樁基量，對(duì)于降低建設(shè)成本，具有一定的益處。

2.4 做好與排水工程的協(xié)調(diào)工作

一般來(lái)說(shuō)，有排水系統(tǒng)的區(qū)域通常要放置較多的相互設(shè)備和工具部件，實(shí)踐中如果荷載的強(qiáng)度較大，則需將放置排水系統(tǒng)的區(qū)域安排在地下室內(nèi)，并對(duì)管道的預(yù)留深度等進(jìn)行嚴(yán)格控制，必須符合國(guó)家及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)樓板鉆空位置要特別注意進(jìn)行加固處理。與此同時(shí)，還要對(duì)水平方向的管線進(jìn)行控制，尤其要注意水平管線必須始終貫穿于整個(gè)梁、柱。建筑結(jié)果優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，如果因不可抗力或者非人為因素而導(dǎo)致管道貫穿承重墻，那么應(yīng)當(dāng)對(duì)其進(jìn)行重點(diǎn)加固處理；從整個(gè)建筑工程結(jié)構(gòu)體系上來(lái)講，管道網(wǎng)通結(jié)構(gòu)布局一定要合理、協(xié)調(diào)性，而且還有避免出現(xiàn)繞梁或者嚴(yán)重的繞柱現(xiàn)象。

2.5 做好與電氣工程的協(xié)調(diào)工作

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)事，應(yīng)當(dāng)注意與電氣管線工程的相互協(xié)調(diào)和配合，若導(dǎo)線在管道中沿著墻以及樓板暗裝，則可能會(huì)對(duì)預(yù)制結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不同影響或者的損害。基于此，確保梁寬、墻厚之間盡可能的保持一致；如果不能保持一致，則墻的一側(cè)必須與梁側(cè)面平齊，確保穿梁管線密封在其中；應(yīng)當(dāng)對(duì)其單獨(dú)的進(jìn)行計(jì)算，并確定強(qiáng)度。

3 結(jié) 語(yǔ)

總而言之，通過建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化，不僅可以有效降低預(yù)算成本和工程造價(jià)，而且還可以滿足建筑的功能要求。在此過程中，需要強(qiáng)調(diào)的是經(jīng)濟(jì)收益、建筑質(zhì)量應(yīng)當(dāng)兼顧，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化過程中，既要實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益的最大化，又要強(qiáng)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的技術(shù)性。

參考文獻(xiàn)：

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