房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法及應(yīng)用探析

黃俊杰

中冶建筑研究總院有限公司 北京 100088

引言

在房屋建筑施工領(lǐng)域，針對建筑進行整體結(jié)構(gòu)性優(yōu)化是一個復(fù)雜且全面的工作，在對房屋結(jié)構(gòu)的優(yōu)化中需要不斷改善結(jié)構(gòu)的各項性能參數(shù)，以滿足人們對房屋建筑的苛刻要求，同時在優(yōu)化中需要企業(yè)不斷創(chuàng)新技術(shù)，做好全面性技術(shù)研究，保持先進的創(chuàng)新理念，能夠有效的提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的整體性能要求。在優(yōu)化前需要實地對建筑施工環(huán)境進行全面性勘察，了解水文地質(zhì)情況，并根據(jù)地理條件與用戶需求對房屋建筑結(jié)構(gòu)做優(yōu)化調(diào)整，確保整個建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化過程符合科學(xué)性與標準性要求。

1 房屋建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計對策

1.1 重視材料的選擇

建筑材料的單價和用量很大程度上決定了建筑工程的成本，對建筑材料的優(yōu)化選擇是建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計最直接的方向。對于非結(jié)構(gòu)構(gòu)件材料的選擇，由于自重對結(jié)構(gòu)受力影響較大，非結(jié)構(gòu)構(gòu)件如填充墻、隔墻等應(yīng)盡量選用輕質(zhì)材料，可顯著減輕自重，減小結(jié)構(gòu)構(gòu)件的荷載，降低結(jié)構(gòu)構(gòu)件的材料用量。對結(jié)構(gòu)構(gòu)件材料的選擇，應(yīng)充分考慮材料的力學(xué)特性和經(jīng)濟性，盡可能做到經(jīng)濟合理[1]。混凝土抗壓強度高、抗拉強度低，適用于墻、柱等受壓構(gòu)件；鋼材抗拉強度高、抗壓性能差，適用于網(wǎng)架桿件、拉索等受拉構(gòu)件。混凝土價格相對較低，鋼筋價格相對較高，在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中可適當提高混凝土強度等級或者增大截面，以減少鋼筋用量。高強度等級的鋼筋價格會高于低強度等級的鋼筋，鋼筋混凝土構(gòu)件中的受力鋼筋應(yīng)盡量采用高強度等級鋼筋，構(gòu)件中的構(gòu)造鋼筋可以采用低強度鋼筋。鋼筋混凝土自重大、單位效率低，鋼結(jié)構(gòu)自重小、單位效率高，對于大跨度樓蓋或者屋面應(yīng)盡量采用鋼結(jié)構(gòu)。從建筑材料出發(fā)進行優(yōu)化，不僅能節(jié)省建筑材料的用量，還能節(jié)省人力成本，降低工程造價。當然，建筑材料的優(yōu)化選擇必須結(jié)合建筑結(jié)構(gòu)的特征及其相應(yīng)的功能進行正確選擇，且須符合國家相關(guān)規(guī)范和標準要求，切不可為了獲取眼前利益而選擇劣質(zhì)材料以次充好，犧牲結(jié)構(gòu)的安全性。

1.2 建立結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型

在建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化中，其優(yōu)化的重點在于如何從建筑變化的參數(shù)中提取更加有效的因子，并對其進行合理、科學(xué)化的布局與調(diào)整，使得最終的設(shè)計更完善、符合各項性能參數(shù)要求[2]。在市里的建筑工程領(lǐng)域，將會涉及眾多的參數(shù)值，而這些數(shù)值通常不是最終方案，只是定稿值，所以在具體進行房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化環(huán)境需要針對參數(shù)值進行價值考量，所以針對建筑結(jié)構(gòu)模型設(shè)計首先是選擇變量，它能后保障建筑整體性能要求前提下進行更細致的優(yōu)化，將各項參數(shù)影響降到最低，同時對于施工的難度、各項工程的計算、數(shù)據(jù)的優(yōu)化都更加友好，符合設(shè)計師對于房屋結(jié)構(gòu)的優(yōu)先考慮要求。針對建房的各方要求，在具體針對房屋結(jié)構(gòu)的設(shè)計優(yōu)化中需要滿足尺寸、結(jié)構(gòu)、強度性能、室內(nèi)布局等各方條件要求。

2 優(yōu)化技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用

2.1 科學(xué)構(gòu)建房屋建筑設(shè)計的模型

在具體的房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化中，需要精準科學(xué)化的對房主建筑結(jié)構(gòu)進行模型建構(gòu)。首先，就是需要科學(xué)選擇變量。變量就是在房屋建筑設(shè)計中可以用來進一步優(yōu)化的參數(shù)值，通常而言在設(shè)計優(yōu)化前需要整體性分析建筑結(jié)構(gòu)的各項性能，認真了解需要優(yōu)化的內(nèi)容點以及關(guān)鍵點，從而對整體的設(shè)計方案能有全面的掌握認識，同時也要考慮建筑建設(shè)中其他因素的影響。從具體的結(jié)構(gòu)優(yōu)化環(huán)節(jié)來看，特別是相關(guān)工程涉及的細節(jié)參數(shù)，需要作為優(yōu)化的理論依據(jù)，在選擇最佳方案時在其中做合理的取舍，參考房屋工程建設(shè)的參數(shù)，明確數(shù)據(jù)目標，最大限度降低對建筑的直接性影響，同時降低設(shè)計優(yōu)化所帶來的偏差；然后是科學(xué)化選擇優(yōu)化函數(shù)，在以實用性跟穩(wěn)定性的前提下，既要做好成本控制，同時對房屋整體結(jié)構(gòu)、尺寸、用料等進行合理選擇，保障穩(wěn)定，再結(jié)合具體施工的條件，最終合理施工。

2.2 概念分析

在結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化過程中，設(shè)計單位注重明確不同的房屋建筑布局對設(shè)計效果的影響，即將結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化、概念設(shè)計以及建筑內(nèi)部結(jié)構(gòu)三者之間的關(guān)系進行充分融合，并將其貫穿于整個房屋建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化過程中[3]。以房屋建筑工程結(jié)構(gòu)的抗震性能分析為例，如果僅僅對其進行簡單的數(shù)據(jù)分析及公式計算，其結(jié)果將很難對工程結(jié)構(gòu)的整體性能進行反饋，若將概念設(shè)計的思想引入到設(shè)計優(yōu)化中，設(shè)計人員則可根據(jù)相關(guān)概念，解決建筑工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的關(guān)鍵問題，從而提升房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的整體質(zhì)量。

2.3 針對房屋形體的優(yōu)化研究

房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化既要保障建筑體的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定與安全穩(wěn)定，同時對建筑體的整體室內(nèi)布局、外觀布局也有著嚴格的要求。建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計優(yōu)化講究科學(xué)性要求，在不斷提高建筑的整體穩(wěn)定性的同時，對建筑的布局、外觀優(yōu)化也同樣提出了更好的要求，符合當下對建筑的審美要求，并在結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計中做創(chuàng)新設(shè)計，在原有優(yōu)化措施的基礎(chǔ)上，科學(xué)調(diào)整建筑內(nèi)部的形狀和結(jié)構(gòu)，提升設(shè)計的完整性，并不斷提高客戶的住房需求體驗。

3 結(jié)束語

房屋建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計可以在保證結(jié)構(gòu)設(shè)計符合安全性、耐久性要求的前提下，實現(xiàn)對建筑結(jié)構(gòu)造價成本的有效控制，并結(jié)合對結(jié)構(gòu)的節(jié)能優(yōu)化設(shè)計，進一步提升房屋建筑結(jié)構(gòu)的綠色性與可持續(xù)性。因此，企業(yè)必須重視房屋建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計，依據(jù)對建筑建設(shè)需求、現(xiàn)場實際情況的分析與掌握，提升結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性與可行性，促進房屋建筑功能與作用的最大化體現(xiàn)，確保房屋建筑建設(shè)符合人們多元化的居住需求。