房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法的應(yīng)用分析

王志友

摘? ? 要：隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，各行業(yè)發(fā)展也非常迅速，人們的生活水平和生活質(zhì)量有了很大的提高和改善，對于房屋建筑的要求也是越來越高。結(jié)構(gòu)設(shè)計是房屋建筑設(shè)計中的重要組成成分，直接影響著房屋建筑質(zhì)量與房屋結(jié)構(gòu)的安全性及穩(wěn)定性。隨著建筑行業(yè)的現(xiàn)代化發(fā)展，人們對于建筑工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計要求也具有了全新的標(biāo)準(zhǔn)，為了滿足人們對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的更高要求，相應(yīng)的設(shè)計人員需要不斷的優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，找出其中的不足并加以改進(jìn)。

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

1? 引言

我國建筑行業(yè)發(fā)展至今，不管是其建筑規(guī)模還是建筑技術(shù)在國際領(lǐng)域都處于領(lǐng)先地位，其建筑成果得到高度認(rèn)可。隨著社會的進(jìn)步與生活水平的提高，人們對建房屋設(shè)計的要求也越來越高。如何在激烈的建筑市場競爭中得到生存，設(shè)計出讓業(yè)主滿意的房屋，是廣大建筑企業(yè)以及施工設(shè)計人員需要認(rèn)真思考的問題。加強(qiáng)對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的不斷優(yōu)化，不僅能滿足人們的需求，還能夠減少相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)損耗。

2? 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)用的重要性

根據(jù)目前我國房屋建筑的發(fā)展趨勢，未來的房屋建筑將以高層或超高層為主。因此如何減少資金的投入量，又保證人們對房屋建設(shè)的結(jié)構(gòu)設(shè)計滿意，就是廣大建筑企業(yè)與相關(guān)的建筑設(shè)計人員需要認(rèn)真探討的問題。建筑企業(yè)需要在保證質(zhì)量的前提下，對房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計進(jìn)行優(yōu)化。首先需要對設(shè)計方案進(jìn)行科學(xué)的分析，運用先進(jìn)的設(shè)計理念與方法對工程建筑進(jìn)行總體的規(guī)劃，這樣建筑工程的造價問題就能夠得到有效的控制。并且如果建筑設(shè)計人員能夠?qū)⒔?jīng)濟(jì)效益與設(shè)計方法進(jìn)行科學(xué)的設(shè)計，那么企業(yè)將獲得最大的經(jīng)濟(jì)效益。因此，將建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計進(jìn)行優(yōu)化，不僅能夠使建筑設(shè)備與材料的功能得到全面的應(yīng)用，適當(dāng)降低造價投入，為建筑企業(yè)帶來一定的收益，而且還能夠與房屋的結(jié)構(gòu)層次系統(tǒng)的結(jié)合，提高房屋的質(zhì)量，保證居民的安全。綜上所述，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法對房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計具有重要價值，不僅能夠滿足現(xiàn)代人對于房屋設(shè)計的心理需求，而且還集審美、實用、生態(tài)以及經(jīng)濟(jì)等價值于一體，保證建筑行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

3? 房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法的應(yīng)用

3.1? 概念設(shè)計與細(xì)部結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化

在遇到一些不確定的數(shù)值因素如地震，我們在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計時可以采用概念優(yōu)化的方法，將相應(yīng)的數(shù)值作為參考，作為輔助設(shè)計的依據(jù)。而如果是針對現(xiàn)澆混凝土構(gòu)件轉(zhuǎn)彎處容易開裂的現(xiàn)象，就可以將其簡化成矩形板，既方便又安全，所以應(yīng)該重視對細(xì)部結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計。

3.2? 分段優(yōu)化與壽命優(yōu)化

隨著建筑企業(yè)的競爭越來越激烈，人們與社會越來越重視房屋結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性問題，建筑結(jié)構(gòu)變得越加復(fù)雜化與多樣化，建筑企業(yè)應(yīng)該如何在激烈競爭中保證建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性是各個企業(yè)都要面臨的問題與挑戰(zhàn)。在所有的建筑工程項目的使用年限內(nèi)，每個環(huán)節(jié)都需要選擇不同的設(shè)計方案，也就是說設(shè)計方案必須根據(jù)每個環(huán)節(jié)與各個階段的具體情況以及實際特點進(jìn)行，因此每個階段都可以進(jìn)行分段優(yōu)化與壽命優(yōu)化。同時，人們越來越意識到建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性對建筑建設(shè)所起到的至關(guān)重要的作用，在建筑工程設(shè)計中設(shè)計人員必須根據(jù)每個階段的性質(zhì)與特點進(jìn)行不同優(yōu)化方案的選擇與確定，確保建筑工程結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與安全性，保證建筑工程項目的壽命優(yōu)化達(dá)到設(shè)計要求的使用年限，在滿足人們居住生活要求的基礎(chǔ)之上，提高建筑工程項目的使用壽命，實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益與生態(tài)效益的系統(tǒng)統(tǒng)一。

3.3? 結(jié)構(gòu)優(yōu)化的具體措施

3.3.1? 結(jié)構(gòu)設(shè)計模型的優(yōu)化

結(jié)構(gòu)設(shè)計模型優(yōu)化的具體步驟如下：合理的選擇設(shè)計變量;確定目標(biāo)函數(shù);確定約束條件。

3.3.2? 結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方案

在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計時，可以用無約束條件來替代有約束條件進(jìn)行計算，具體的方法有拉氏乘子法、符合型法等方法。比如在設(shè)定完結(jié)構(gòu)設(shè)計時，要編制相應(yīng)的運算程序即可獲得結(jié)構(gòu)設(shè)計的最優(yōu)方案。采用裝配式的梁、柱時，可以縮短工期;采用現(xiàn)繞鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)時使結(jié)構(gòu)的整體性、抗震性增強(qiáng)，而且在施工時可以澆筑成各種形狀的柱子。

3.3.3? 有區(qū)分的優(yōu)化設(shè)計

針對不同房屋結(jié)構(gòu)制定有針對性的優(yōu)化設(shè)計，如加強(qiáng)對砌體房屋構(gòu)造措施的優(yōu)化（尤其是構(gòu)造柱和圈梁）以及基礎(chǔ)承載力和埋深的修正能夠有效的控制含鋼量，從而達(dá)到降低工程造價的目的。對多層框架結(jié)構(gòu)房屋的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計是設(shè)計人員不可忽視的問題。框架結(jié)構(gòu)對其梁、板、柱以及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的有效控制并結(jié)合規(guī)范的規(guī)定設(shè)計，能夠使含鋼量降低。而且優(yōu)化后的建筑物更有利于抗震的要求，既做到了省材又做到了安全。

3.4? 鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在建筑項目中是一項十分重要的結(jié)構(gòu)部分，在很大程度上直接影響著房屋建筑工程項目的整體質(zhì)量與安全。節(jié)點設(shè)計是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計中的重要環(huán)節(jié)，在計算建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，設(shè)計人員一般情況下會簡化設(shè)計的流程，將建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的梁柱連接簡化為剛性的連接或者是按照設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行連接，這樣將梁柱簡化為剛性連接，就會導(dǎo)致夾角處不會發(fā)生變形的這個弊端，另一方面，如果將梁柱簡化成理想的連接方式，在后期進(jìn)行計算的時候，梁柱就無法對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的彎矩進(jìn)行傳遞，也就是說結(jié)構(gòu)分析模型與設(shè)計節(jié)點之間出現(xiàn)了不匹配的情況，進(jìn)而對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計造成不利影響。所以在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計中必須按每個環(huán)節(jié)的具體情況來進(jìn)行操作，部分鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的項目可以采用準(zhǔn)則法進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，根據(jù)建筑架構(gòu)的截面大小，采用有限單元法優(yōu)化結(jié)構(gòu)分析，最后得出房屋建筑鋼筋混凝土框架的優(yōu)化方案。

3.5? 結(jié)構(gòu)優(yōu)化與排水系統(tǒng)優(yōu)化相協(xié)調(diào)

在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中，排水系統(tǒng)的專用房間內(nèi)布滿了許多機(jī)械設(shè)備，所以其荷載能力與強(qiáng)度都非常大，因此，可以將其設(shè)置在地下室中，不過需要保證管道的預(yù)留寬度與尺寸符合設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)要求，樓板的鉆孔位置也需要進(jìn)行加固。并且要注意盡可能降低水平方向的管線穿過柱或梁這一事件發(fā)生的概率。為了避免管道在建設(shè)過程中穿過承重墻，因此需要對墻體進(jìn)行對應(yīng)的加固。這樣可以保證建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化與排水系統(tǒng)優(yōu)化相協(xié)調(diào)，降低管道繞柱或繞梁現(xiàn)象發(fā)生的風(fēng)險。

3.6? 注重設(shè)計與經(jīng)濟(jì)的兼顧

在房屋建筑工程面積相同的前提下，平面形狀、方形或者圓形的周長也會相對較長，前提投入墻體消耗的面積也會相對較少，成本投入也會相對較低。同時，不斷的比對可以發(fā)現(xiàn)，不管是平面形狀、方形或者圓形的內(nèi)部構(gòu)件相對較為穩(wěn)定，并且具有相對良好的受力性，這在很大程度上降低了輔助材料和設(shè)備的使用，節(jié)省了工程的施工成本。

4? 結(jié)束語

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的方法在保證建筑本身功能的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提高建筑的建設(shè)質(zhì)量與環(huán)保能力，在滿足人們對房屋質(zhì)量需求的基礎(chǔ)上，還將安全美觀、經(jīng)濟(jì)實用等價值結(jié)合起來，不僅能夠進(jìn)一步提升人們的審美能力以及文化素養(yǎng)，而且還有利于減少工程造價，使企業(yè)的建筑利潤最大化，保證建筑行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

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