房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法及應(yīng)用研究

黃明非 劉佳

重慶建筑科技職業(yè)學(xué)院 重慶 400000

1 房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法

房屋建筑具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜等特點(diǎn)，因而，對(duì)其進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化也將是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程。設(shè)計(jì)單位在對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化時(shí)，需在綜合考慮建筑結(jié)構(gòu)的質(zhì)量、使用及美觀等方面的基礎(chǔ)上，形成可靠、有效的設(shè)計(jì)優(yōu)化方法。

本文基于房屋建筑結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)實(shí)際，從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化前期工作、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化中一些關(guān)鍵問(wèn)題及結(jié)合參數(shù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化三個(gè)方面進(jìn)行分析，以導(dǎo)出結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)思路，在實(shí)際工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，可結(jié)合具體房屋建筑結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，形成切實(shí)可行的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法，應(yīng)用于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作實(shí)踐。

1.1 前期工作

結(jié)合設(shè)計(jì)工作實(shí)踐可知，對(duì)房屋建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化，需有效做好以下幾項(xiàng)前期工作：①設(shè)計(jì)人員需對(duì)具體的工程建設(shè)目標(biāo)、工程實(shí)際情況等方面進(jìn)行綜合分析，從而進(jìn)行初步方案設(shè)計(jì)及后期方案調(diào)整；②設(shè)計(jì)人員還需明確建筑工程設(shè)計(jì)的關(guān)鍵內(nèi)容，然后分析建筑材料、結(jié)構(gòu)模型和結(jié)構(gòu)荷載值的基本參數(shù)等，在此過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員可以結(jié)合計(jì)算機(jī)信息技術(shù)進(jìn)行參數(shù)獲取和分析，以確保結(jié)果的直觀性和準(zhǔn)確性；③設(shè)計(jì)人員自身需具備較為充足的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，并掌握當(dāng)前較為先進(jìn)的計(jì)算機(jī)知識(shí)及相關(guān)軟件程序編寫(xiě)方法，從宏觀的角度對(duì)房屋建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行規(guī)劃和分析，從而可在正式開(kāi)始結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化之前，預(yù)防一些常見(jiàn)的設(shè)計(jì)質(zhì)量問(wèn)題和通病的出現(xiàn)。

關(guān)于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化前期工作的幾項(xiàng)內(nèi)容，關(guān)鍵在于設(shè)計(jì)人員對(duì)工程項(xiàng)目特點(diǎn)的關(guān)注程度、投入程度及自身設(shè)計(jì)實(shí)踐儲(chǔ)備，以動(dòng)態(tài)的思維參與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化工作，及時(shí)、主動(dòng)介入，厘清思路，切實(shí)做好結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化前期工作，為后續(xù)進(jìn)一步的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化做好鋪墊性工作。

1.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化中的一些關(guān)鍵問(wèn)題

現(xiàn)階段，房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中常見(jiàn)的關(guān)鍵問(wèn)題主要有建筑體型、結(jié)構(gòu)體系及剛度之間的平衡關(guān)系及抗震性能等方面，這些都需要設(shè)計(jì)單位對(duì)其進(jìn)行有效處理，以保證房屋建筑結(jié)構(gòu)的整體協(xié)調(diào)性。

為了提升房屋結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，設(shè)計(jì)單位需對(duì)房屋建筑的抗震性能這一關(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化。以異型柱框架為例，設(shè)計(jì)單位在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化時(shí)，可做到以下幾點(diǎn)：①對(duì)整個(gè)異型柱的橫向柱肢、豎向柱肢的兩端，需要設(shè)置一定數(shù)量的鋼筋；②采用對(duì)稱配筋，如果一排不能實(shí)現(xiàn)，可通過(guò)仿真軟件進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)；③對(duì)于L形異形柱，柱底部鋼筋應(yīng)雙向共用；④進(jìn)行有效的抗震設(shè)計(jì)，這也是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的重點(diǎn)。

對(duì)于建筑體型、結(jié)構(gòu)體系與剛度三者之間的平衡關(guān)系這一關(guān)鍵問(wèn)題，需認(rèn)真分析不同房屋建筑結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，強(qiáng)化概念設(shè)計(jì)，借助現(xiàn)代計(jì)算機(jī)軟件或編制相關(guān)程序進(jìn)行系統(tǒng)、合理地分析。設(shè)計(jì)人員應(yīng)結(jié)合設(shè)計(jì)實(shí)踐，有效匯總、梳理分析結(jié)果，科學(xué)地進(jìn)行選擇和調(diào)整，從安全、適用、經(jīng)濟(jì)的角度解決這一關(guān)鍵問(wèn)題。

1.3 結(jié)合相關(guān)參數(shù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化

房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化工作具體過(guò)程可通過(guò)建立結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化模型、計(jì)算方案選擇、程序創(chuàng)新及結(jié)果分析幾個(gè)方面進(jìn)行具體實(shí)施。

具體而言，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化時(shí)，可建立相關(guān)函數(shù)模型，以提高結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的有效性。對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，可通過(guò)函數(shù)模型中分析其截面尺寸等參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)施工成本的控制。此外，對(duì)于結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和耐久性，設(shè)計(jì)人員可從房屋的尺寸、結(jié)構(gòu)的牢固性等多方面加以考慮，從而實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)優(yōu)化。

與此同時(shí)，設(shè)計(jì)單位應(yīng)加強(qiáng)現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)在房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化工作中的有效應(yīng)用。計(jì)算機(jī)技術(shù)在結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)工作中，具有較多的優(yōu)勢(shì)，但同時(shí)也存在一定的缺陷，如存在無(wú)法對(duì)多方面的主客觀因素進(jìn)行充分考慮，人性化水平需進(jìn)一步提高等問(wèn)題[1]。

2 工程案例應(yīng)用

（1）案例介紹。某商業(yè)綜合體，地下3層，地上6層，結(jié)構(gòu)形式為異型柱框架。在本商業(yè)綜合體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員對(duì)工程施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際條件和業(yè)主的具體要求進(jìn)行綜合考慮，在此基礎(chǔ)上科學(xué)選擇結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法，同時(shí)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的過(guò)程中應(yīng)用了相關(guān)現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)，促進(jìn)了設(shè)計(jì)優(yōu)化措施的有效落實(shí)。

（2）前期參與。在前期階段，設(shè)計(jì)單位首先對(duì)工程項(xiàng)目的施工條件以及施工要求進(jìn)行了詳細(xì)分析，然后在結(jié)構(gòu)形式上進(jìn)行整體性選擇，以確保工程項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性；其次，設(shè)計(jì)單位注重加強(qiáng)設(shè)計(jì)人員與施工人員之間的溝通和交流，并聽(tīng)取一線施工人員對(duì)房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的相關(guān)建議，確保結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化措施切實(shí)可行。

（3）概念分析。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化過(guò)程中，設(shè)計(jì)單位注重明確不同的房屋建筑布局對(duì)設(shè)計(jì)效果的影響，即將結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化、概念設(shè)計(jì)以及建筑內(nèi)部結(jié)構(gòu)三者之間的關(guān)系進(jìn)行充分融合，并將其貫穿于整個(gè)房屋建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化過(guò)程中。

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(duì)其進(jìn)行簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)分析及公式計(jì)算，其結(jié)果將很難對(duì)工程結(jié)構(gòu)的整體性能進(jìn)行反饋，若將概念設(shè)計(jì)的思想引入到設(shè)計(jì)優(yōu)化中，設(shè)計(jì)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(jì)的關(guān)鍵問(wèn)題，從而提升房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的整體質(zhì)量。

（4）設(shè)計(jì)優(yōu)化經(jīng)濟(jì)效益分析。通過(guò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化，商業(yè)綜合體結(jié)構(gòu)整體性能得到明顯改善，工程造價(jià)比預(yù)期降低20%左右，達(dá)到了較好的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)應(yīng)用效果。

不同房屋建筑工程的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、施工條件等方面存在著差異，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的思路和方法選擇將有所不同，建設(shè)成本的控制及經(jīng)濟(jì)效益也會(huì)所差異，這一點(diǎn)需要根據(jù)工程實(shí)際加以綜合考慮和目標(biāo)制定[2]。

3 結(jié)束語(yǔ)

在房屋建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的應(yīng)用實(shí)踐中，設(shè)計(jì)單位應(yīng)根據(jù)不同房屋建筑工程的實(shí)際情況，即其建設(shè)目標(biāo)、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、施工條件、經(jīng)濟(jì)條件等方面，強(qiáng)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化思想，引入概念設(shè)計(jì)理念，借助現(xiàn)代化計(jì)算機(jī)技術(shù)，創(chuàng)新結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法及相關(guān)技術(shù)，促進(jìn)房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化工作的有效實(shí)現(xiàn)，推動(dòng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化工作工程應(yīng)用，以提升房屋建筑工程結(jié)構(gòu)的安全性、適用性及經(jīng)濟(jì)性。