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

薛 哲

（中恒工程設(shè)計研究院有限公司,四川 成都 610000）

0 引言

隨著近年來我國經(jīng)濟的發(fā)展，人民群眾的生活水平也在不斷提高，而對于生活質(zhì)量的要求自然也在隨著社會的發(fā)展和進步明顯增加。房屋建筑作為城市發(fā)展和人們生活的基礎(chǔ)性設(shè)施，人們對于它的要求不再單單是外形美觀或者居住舒適，而是要求其不但好看，更有安全、舒適、合理。一下筆者就建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的概念、特點及其重要意義、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應用情況研究等相關(guān)問題進行就簡要分析，并提出了簡單建議。

1 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的概念、特點以及重要意義

所謂建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化，主要是指建筑在最初的設(shè)計之時，除了要保障房屋建筑等的施工安全性以及實用性，還要能夠在基本滿足人們最基本生活要求的同時，盡量保證房屋結(jié)構(gòu)不僅美觀，還要合理、舒適，使得房屋建筑具有安全性、適用性、經(jīng)濟性、科學性、美觀等的綜合性設(shè)計方案。一般建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法普遍具有以下幾個特點：

（1）建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計方法具有多樣性和綜合性的特點。

（2）建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計方法是與藝術(shù)等審美標準相融合的設(shè)計，直觀效果比較強。

（3）建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的安全系數(shù)得到了整體的提高。

（4）建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的適用性增強。

（5）建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計能夠體現(xiàn)當今時代的低碳要素，具有節(jié)能性和環(huán)保性。

（6）建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的經(jīng)濟化趨向愈來愈明顯。

（7）建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計在管理中更加簡易、方便、快捷。

（8）建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計具有科學性

（9）建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計具有明顯的創(chuàng)新意識、突破了傳統(tǒng)的設(shè)計形式。

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應用具有以下重要意義：

建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計方法在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計的應用中，是以優(yōu)化房屋的結(jié)構(gòu)、保障房屋建筑的質(zhì)量及其安全為目的的。根據(jù)近年來我國城市建筑的發(fā)展趨勢以及科學技術(shù)的發(fā)展情況來看，與傳統(tǒng)的房屋設(shè)計相比，經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計的建筑所采取的設(shè)計理念以及設(shè)計技術(shù)更為先進和科學，能夠充分發(fā)揮房屋建筑建材的性能以及其設(shè)備的性能的優(yōu)勢，成本支出也更為低廉，從而實現(xiàn)企業(yè)利益的最大化。除此之外，建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計方法應用于房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中，能夠?qū)崿F(xiàn)房屋建筑內(nèi)部結(jié)構(gòu)的協(xié)調(diào)和整合，有效提高房屋建筑的質(zhì)量以及安全性。現(xiàn)代的建設(shè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計方案和傳統(tǒng)的建設(shè)房屋比較，運用設(shè)計方法后的建筑可以降低工程的建設(shè)投入成本和投資，提高建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化方法，可以節(jié)省建設(shè)材料的使用，充分利用建設(shè)材料[1]。

2 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應用研究[1-4]

2.1 創(chuàng)建建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化模型

首先，在選擇相應的變量的時候，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法能夠進行合理化以及科學化地選擇設(shè)計的變量。

在房屋建筑設(shè)計的時候，設(shè)計者主要是將那些對建筑本身結(jié)構(gòu)造成影響的主要參數(shù)當做建筑設(shè)計時需要考慮的變量。比如：磚混結(jié)構(gòu)進行方案設(shè)計時，這一結(jié)構(gòu)的承重墻上要避免一些不利情況，諸如洞口較大或錯洞等。

其次，在對房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的時候，必須擁有一組符合預定條件的，并且必須符合相應尺寸的鋼筋截面面積，以及那些已經(jīng)失效了的概率函數(shù)，然后確定相應的目標函數(shù)，這樣就能夠在一定程度上使建筑工程的整體造價達到最少。

除此之外，對于房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計方法，必須要保證整個房屋建筑結(jié)構(gòu)整體的可靠性以及安全性，科學、合理地確定與優(yōu)化設(shè)計方面相關(guān)的約束條件。比如：房屋建筑墻面的裂縫的最大寬度限制、對于房屋建筑本身的強度約束、房屋建筑結(jié)構(gòu)的各個尺寸大小的約束、結(jié)構(gòu)內(nèi)部構(gòu)件的相關(guān)約束、結(jié)構(gòu)整體體系相關(guān)約束等限制和約束條件。并針對這些約束條件對房屋結(jié)構(gòu)進行科學、客觀、全面、合理地分析以及優(yōu)化措施，保證房屋內(nèi)部的每一個相關(guān)的約束條件都能夠滿足對于整個建筑工程的要求，從而使得房屋建筑的效果以及其設(shè)計達到最佳。

2.2 科學設(shè)定優(yōu)化設(shè)計的相關(guān)方案

比如：黨房屋建筑內(nèi)部的居民數(shù)量較多，人口較為密集的時候，為保證每戶居民的良好通風以及采光，就可以采用外伸翼塊的設(shè)計方案。

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。所以在相應的計算中，會進行相應的轉(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、方式有拉式乘子法等。房屋結(jié)構(gòu)基于可靠度的優(yōu)化設(shè)計問題屬于比較復雜的多變量、多約束非線性優(yōu)化問題，在計算過程中，通常是將有約束優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化為無約束問題求解。可以利用的優(yōu)化設(shè)計計算方法有復合形法、拉氏乘子法等[2]。

2.3 設(shè)計相關(guān)應用程序

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、科學性的應用程序。[3]如此一來，就能夠使得整個房屋建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計在后期的施工階段做到更加全面、更加高效、更加安全地進行。比如在房屋設(shè)計的整體結(jié)構(gòu)框架之中，電氣設(shè)計就是其中較為重要的部分，也是當前在傳統(tǒng)的房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中可能存在嚴重缺陷的問題。根據(jù)以往的設(shè)計方案，房屋結(jié)構(gòu)所呈現(xiàn)出來的效果可能并不十分美觀，并且后期的安裝等工作也會有一定的難度。但是通過建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化方法，就能夠?qū)崿F(xiàn)房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計整體的合理性以及美觀感，同時還降低看后期施工的難度。如在電氣結(jié)構(gòu)的優(yōu)化安裝過程中，要做好電氣管線的安裝，工作人員需要對墻體等進行整體的設(shè)計，保證墻體所在的一面必須與梁體的一面平齊。這樣不僅能夠保證電氣設(shè)計的安全，還能夠使得房屋結(jié)構(gòu)整體更為美觀。

2.4 綜合結(jié)果分析

在房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計得出有效的計算結(jié)果之后，就應該對其進行全面的分析和比較工作，之后選擇一個折中的、效果最佳的設(shè)計方案。而在這一結(jié)構(gòu)分析和比較的過程中，工作人員必須要對整個的結(jié)構(gòu)設(shè)計的影響因素以及可能的結(jié)構(gòu)進行全面的、多角度的考慮。使得房屋建筑最大程度地呈現(xiàn)美觀的藝術(shù)性，以及擁有安全性、舒適性和合理性。除此之外，該設(shè)計方案同樣能夠使得建筑企業(yè)在降低成本支出的同時，提升其技術(shù)含量。將不僅做到保證以及提升房屋建筑的功能，還要重技術(shù)、重經(jīng)濟、設(shè)計創(chuàng)新、實用等落到實處。

3 結(jié)語

總而言之，隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展以及科學技術(shù)的進步，人們對于房屋建筑等基礎(chǔ)性設(shè)施的要求肯定會越來越高。各個建筑企業(yè)以及相關(guān)單位要科學、合理地將建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化方法應用于房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計當中去，使得房屋結(jié)構(gòu)不僅美觀，更要合理、安全、舒適。從而為人民群眾中的高檔生活提供更好的環(huán)境，為城市以及國家的發(fā)展建設(shè)做出貢獻。