試論房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化

【摘要】人們現(xiàn)在對(duì)建筑質(zhì)量以及結(jié)構(gòu)的要求越高，而在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)卻逐漸走向商品化，從而使得投資方獲得更大的利潤(rùn)，這就需在設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)時(shí)，滿足消費(fèi)者對(duì)房屋結(jié)構(gòu)安全性的要求，同時(shí)找到良好的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法一方面減少建筑中所使用的材料成本，另一方面還可以降低建筑的造價(jià)。因此，本文從房屋結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方面找到建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化的方法，然后詳細(xì)闡述優(yōu)化設(shè)計(jì)的具體實(shí)施步驟。

【關(guān)鍵詞】房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；建筑結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)；優(yōu)化

由于近年來(lái)建筑市場(chǎng)一直處于人們關(guān)注的焦點(diǎn)，尤其是城市中，受到土地的限制而導(dǎo)致建筑市場(chǎng)不斷提升價(jià)格，然而作為開(kāi)發(fā)商則需要盡力減少成本，從而獲取最大的利益。但是人們對(duì)居住環(huán)境的要求卻是越來(lái)越高，因此，這就需要開(kāi)發(fā)商找到良好的方式優(yōu)化建筑設(shè)計(jì)，從而能夠有效減低建筑的成本，同時(shí)也能夠滿足消費(fèi)者的對(duì)房屋結(jié)構(gòu)的要求。本文重點(diǎn)分析房屋結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)過(guò)程中在具體的優(yōu)化方法以及具體的實(shí)施策略，期待能夠?qū)︻愃平ㄔO(shè)工作帶來(lái)一定的參考資料。

1、分析優(yōu)化房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的建筑結(jié)構(gòu)含義

其含義主要包括如下三個(gè)方面的內(nèi)容：第一個(gè)方面是優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的數(shù)學(xué)模型，因?yàn)樵趦?yōu)化建筑設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要運(yùn)用數(shù)學(xué)建模的幫助設(shè)計(jì)者找到良好的設(shè)計(jì)方案，其中最重要的是可以通過(guò)數(shù)學(xué)建模的方式展示出設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)理念[1]，從而更好地使得人們能夠理解結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的具體情況。因此，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化設(shè)計(jì)需要通過(guò)科學(xué)和合理的數(shù)學(xué)模型來(lái)展示結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)形式，同時(shí)通過(guò)數(shù)學(xué)建模的方式還能夠找到其中所存在的缺點(diǎn)，從而便于設(shè)計(jì)者能夠進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)。第二個(gè)方面在充分保證建設(shè)的安全和質(zhì)量[2]，在一般情況下，優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)最終的目的在于最大限度發(fā)揮房屋的功能，從而為人們居住帶來(lái)積極幫助。因此，這就需要從人們居住的角度出發(fā)，找到其中的優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法。例如房屋設(shè)計(jì)方面的質(zhì)量以及美觀化，都是人們比較關(guān)注的項(xiàng)目，設(shè)計(jì)者就可以從這個(gè)角度找到優(yōu)化設(shè)計(jì)的突破口，盡量地減小質(zhì)量與剛度中心之間的差異性，從而充分地保證結(jié)構(gòu)能夠在水平荷載下難以發(fā)生扭轉(zhuǎn)的效應(yīng)[3]。第三個(gè)方面在數(shù)學(xué)算法在其中的優(yōu)化，這可以在第一步的基礎(chǔ)上找到優(yōu)化方法，而在這個(gè)步驟中就可以為設(shè)計(jì)者找到科學(xué)的數(shù)學(xué)算法，從而使得結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能夠獲得最優(yōu)化。

2、優(yōu)化房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的建筑結(jié)構(gòu)方法分析

因?yàn)榻ㄖY(jié)構(gòu)中各個(gè)系統(tǒng)之間具有十分的關(guān)系，而在優(yōu)化設(shè)計(jì)的過(guò)程中則需要重視其中各個(gè)不同變量之間的關(guān)系，所以，這就可以需要設(shè)計(jì)者是設(shè)計(jì)過(guò)程中借助于函數(shù)的模型進(jìn)行分析[4]，同時(shí)也能夠找到其中設(shè)計(jì)的科學(xué)化模型。此外，不同的變量之間還可以通過(guò)一定的參數(shù)表達(dá)，從而找到優(yōu)化設(shè)計(jì)的具體方法。下下文主要分析建立模型的步驟。

2.1根據(jù)房屋情況而確立設(shè)計(jì)中的變量參數(shù)

在建立優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的模型工作中變量選擇十分重要，它對(duì)優(yōu)化設(shè)計(jì)的最終方案具有十分重要參考的價(jià)值，因此，在建立模型過(guò)程中設(shè)計(jì)者需要掌握其中變量的情況，并對(duì)其中的參數(shù)實(shí)施篩選，從而找到結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中較大的影響的部分，并把其中變化較小的參數(shù)置于次要位置[5]，然后再充分考慮參數(shù)中的主要指標(biāo)，一方面可以幫助設(shè)計(jì)者結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面的壓力，另一方面也對(duì)房屋計(jì)算所需要的工程量帶來(lái)積極幫助。

2.2針對(duì)房屋情況而確定目標(biāo)函數(shù)

這一步驟主要針對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中所確定的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行屬性歸納，這就需要設(shè)計(jì)者把建筑結(jié)構(gòu)中所產(chǎn)生較小影響的參數(shù)找出來(lái)，并將它們歸為預(yù)定參數(shù)，這就可以有效減少函數(shù)模型中計(jì)算量[6]。當(dāng)目標(biāo)函數(shù)確立之后，則需要進(jìn)一步根據(jù)相關(guān)的函數(shù)而找出最優(yōu)解，最后就可以在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面優(yōu)化應(yīng)力約束、裂縫寬度的約束以及結(jié)構(gòu)強(qiáng)度方面的約束。

2.3分析優(yōu)化設(shè)計(jì)的衡量條件

根據(jù)房屋結(jié)構(gòu)的實(shí)際設(shè)計(jì)情況分析，在優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面不僅需要掌握結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方案，而且還需要把其中所涉及的多個(gè)變量以及約束條件充分掌握。例如對(duì)房屋結(jié)構(gòu)的尺寸控制方面，要掌握好房屋的框架的穩(wěn)定性，并分析房屋結(jié)構(gòu)最大的受力限度以及變形結(jié)構(gòu)的可塑性性等[7]。因此，房屋結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)者就需要根據(jù)建設(shè)過(guò)程中的各個(gè)不同規(guī)條而將施工中約束條件以及目標(biāo)確定好，同時(shí)對(duì)其中的各種條件做好相關(guān)的規(guī)定，進(jìn)而能夠有效實(shí)現(xiàn)房屋的優(yōu)化設(shè)計(jì)。此外，在優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程中還需要做到化繁為簡(jiǎn)，把各項(xiàng)約束條件充分地轉(zhuǎn)換為有效的成約束條件并計(jì)算，其中常用的計(jì)算方法有Powell法以及符合型法等。

3、結(jié)合工程實(shí)例分析優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的實(shí)施情況

某地區(qū)的房屋建設(shè)工程是一棟五層的寫(xiě)字樓，其總的占地面積是6376 平方米，房屋的長(zhǎng)度大約是56m，而寬度大約是16m，而房間的開(kāi)間大約是4.8m，寫(xiě)字樓中走廊的寬度大約是2.4m，而層高在3.6左右。在實(shí)際建設(shè)過(guò)程中，運(yùn)用的是粉細(xì)砂層作為基礎(chǔ)的持力層，而凍土的深度大約是1.02m，工程的地下水位約4 m的深埋，在建設(shè)過(guò)程中擁有抗震、防裂是8°。根據(jù)此工程情況而分析優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的實(shí)施情況。

在優(yōu)化設(shè)計(jì)方面需要建立模型，然后根據(jù)模型情況而分析和采用具體的優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法。因此，根據(jù)上述的工程情況可以從以下三個(gè)步驟進(jìn)行優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：第一個(gè)步驟是選擇和確定結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的變量，一般情況下，設(shè)計(jì)變量的選擇可以把建筑設(shè)計(jì)中有較大影響因素部分作為參數(shù)，如工程的地下水位、工程的地下水位房屋長(zhǎng)、寬等，而把建筑設(shè)計(jì)中較小的影響因素則選為預(yù)定參數(shù)，如抗震、防裂情況，這能夠有效降低設(shè)計(jì)者的工作量；第二步驟是確定設(shè)計(jì)的目標(biāo)函數(shù)；第三是模型的約束條件，主要包括的內(nèi)容有：結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度約束情況、應(yīng)力的約束情況、變形、裂縫以及彈性的約束情況等，然后就是計(jì)算方法，一般優(yōu)化設(shè)計(jì)的計(jì)算方法可以運(yùn)用拉式乘法或者是Powell法，這就有效幫助結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)者找到良好的優(yōu)化處理方式。通過(guò)以上三步步驟就可以找到優(yōu)化模型具體的求解情況，而且在其中發(fā)現(xiàn)存在不合理的方案，則可以及時(shí)提出并修改，從而充分地保障了房屋結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)之后能夠得到安全、適用以及經(jīng)濟(jì)的效果。（下轉(zhuǎn)68頁(yè)）

（上接66頁(yè)）

結(jié)語(yǔ)：

上文分析建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作中通過(guò)合理設(shè)計(jì)房屋的結(jié)構(gòu)，不僅能夠滿足消費(fèi)者對(duì)房屋安全、美觀以及實(shí)用性的要求，而且還需要進(jìn)一步提升建筑結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性，這才能夠保證開(kāi)發(fā)商能夠獲得良好的收益。此外，建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)還需要提升結(jié)構(gòu)的抗震性能、內(nèi)力傳遞、承載能力、剛度以及側(cè)移能力，從而使得建筑結(jié)構(gòu)具有良好質(zhì)量保障。本文中所提出優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方法，通過(guò)實(shí)踐證明人們對(duì)此優(yōu)化結(jié)構(gòu)十分滿意，此優(yōu)化方式可以在今后的工作中運(yùn)用，希望本文中的相關(guān)資料能夠?qū)ο嚓P(guān)工作人員帶來(lái)幫助。

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作者簡(jiǎn)介：

黃少坤（身份證號(hào)碼：450105196807250069 ），1968年生，廣東汕尾人，深圳市物業(yè)建筑設(shè)計(jì)有限公司汕尾分公司，研究方向：建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。