試析住宅建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化措施

高 磊

（淮南市建發(fā)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司，安徽 淮南 232007）

1 工程概述

某住宅建筑工程，由8棟高層建筑共同組成，總建筑面積為18.73萬(wàn)m2，為保證結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)效果，對(duì)住宅建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行了全面優(yōu)化。優(yōu)化完成之后，比原設(shè)計(jì)節(jié)約投資860萬(wàn)元以上。

2 開(kāi)展住宅建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的意義

住宅建筑工程的特殊性，決定了只有保證住宅建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化效果，才能提升結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性，對(duì)提升住宅工程的質(zhì)量，促進(jìn)我國(guó)建筑事業(yè)穩(wěn)健發(fā)展有重要的意義。但住宅建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化具有很強(qiáng)的綜合性和技術(shù)性，需要在保證住宅建筑質(zhì)量和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，開(kāi)展結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化。設(shè)計(jì)優(yōu)化之后，可大幅度提升施工中機(jī)械設(shè)備和原材料利用率，避免無(wú)故浪費(fèi)，降低成本，提升住宅使用性能。既要對(duì)住宅建筑的外部結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化，也要對(duì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化，提升住宅建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的科學(xué)性和合理性，進(jìn)而滿足人們對(duì)住宅建筑的實(shí)際需求，促使居住環(huán)境更加舒適溫馨、綠色健康。

3 目前住宅建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化現(xiàn)狀

就目前我國(guó)住宅建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的發(fā)展現(xiàn)狀來(lái)看，雖然在城市化進(jìn)程不斷推進(jìn)的背景下，住宅建筑得到了良好發(fā)展，設(shè)計(jì)優(yōu)化的方法也越來(lái)越多在，但在具體操作中仍然存在很多缺陷。比如容易忽略對(duì)整體結(jié)構(gòu)布局和空間規(guī)劃的優(yōu)化，阻礙住宅建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化企業(yè)自身競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的提升，很多優(yōu)化之后的價(jià)值沒(méi)有得到充分體現(xiàn)。為解決這一問(wèn)題，必須充分發(fā)揮優(yōu)化功能，通過(guò)分析計(jì)算各方面的數(shù)據(jù)，促使住宅建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化能夠在滿足工程實(shí)際數(shù)據(jù)構(gòu)建的基礎(chǔ)上，掙脫影響因素和變量效果的限制，以實(shí)現(xiàn)對(duì)住宅建筑結(jié)構(gòu)的整體優(yōu)化，充分發(fā)揮出住宅建筑的經(jīng)濟(jì)效益和美學(xué)價(jià)值。

4 住宅建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的步驟和內(nèi)容

構(gòu)建住宅建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化模型→確定目標(biāo)函數(shù)→制定約束條件→設(shè)定相關(guān)的應(yīng)用程序。

4.1 構(gòu)建住宅建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化模型

住宅建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化中，結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化技術(shù)和結(jié)構(gòu)模型設(shè)計(jì)的重中之重，主要內(nèi)容是從多數(shù)結(jié)構(gòu)變量參數(shù)中，選擇出科學(xué)合理的參數(shù)。然后進(jìn)行結(jié)構(gòu)函數(shù)計(jì)算，保證住宅建筑的結(jié)構(gòu)承載力處于最佳狀態(tài)，再按照相應(yīng)的計(jì)算編制來(lái)構(gòu)建模型，從而保證結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中各項(xiàng)參數(shù)合理有效。

4.2 確定目標(biāo)函數(shù)和制定約束條件

當(dāng)模型構(gòu)建完成之后，還要對(duì)模型的目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行確定，并對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行全面分析和科學(xué)選擇，保證所選擇的數(shù)據(jù)和函數(shù)條件相契合，并確定相應(yīng)的約束條件，如：結(jié)構(gòu)尺寸、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)的彈塑性等，以滿足住宅結(jié)構(gòu)施工的要求。

4.3 方案設(shè)計(jì)

在住宅建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化中，可靠度的優(yōu)化是基礎(chǔ)，可靠度多呈現(xiàn)非線性和多條件的特性。因此，在設(shè)計(jì)優(yōu)化計(jì)算中，需要將約束性條件優(yōu)化為無(wú)約束性的函數(shù)進(jìn)行有效計(jì)算。常用的住宅建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法有：復(fù)合形法、拉式乘子法、Powell法等。在具體優(yōu)化過(guò)程中，借助計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)，可在保證住宅建筑結(jié)構(gòu)可靠性的基礎(chǔ)上，合理選擇設(shè)計(jì)方案，保證優(yōu)化計(jì)算方式符合要求。整個(gè)優(yōu)化過(guò)程必須進(jìn)行綜合思考，對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行合理優(yōu)化，將安全、實(shí)用、合理融為一體，在降低施工難度的基礎(chǔ)上，提升施工進(jìn)度，價(jià)格低成本。

5 住宅建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法的應(yīng)用

5.1 空間結(jié)構(gòu)整體布局的優(yōu)化

在住宅建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化中，空間結(jié)構(gòu)整體布局優(yōu)化是重中之重，也是優(yōu)化過(guò)程中必不可少的內(nèi)容，具有很強(qiáng)的綜合性，涉及到的內(nèi)容包括：建筑采光、空間結(jié)構(gòu)布局、建筑朝向等那內(nèi)容，可從以下兩個(gè)方面入手：

第一，從城市未來(lái)發(fā)展規(guī)劃的角度入手，從整體布局逐步深入到細(xì)節(jié)布局，比如：可通過(guò)住宅建筑整體結(jié)構(gòu)、原材料選擇、結(jié)構(gòu)布置等方面同時(shí)入手，實(shí)現(xiàn)多方協(xié)調(diào)配合，以提升住宅建筑工程的總體承載力、穩(wěn)定性、安全性。第二，嚴(yán)格遵循國(guó)家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化中，各項(xiàng)參數(shù)難免會(huì)存在誤差，但要嚴(yán)格控制，將誤差控制在允許范圍中。

5.2 住宅建筑階段性和壽命優(yōu)化

住宅建筑工程的特性，決定了其剛度和穩(wěn)定性有直接關(guān)系，鋼筋含鋼量大，則剛度越大。因此，在住宅建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化過(guò)程中，要盡量選擇高強(qiáng)度鋼筋，以保證住宅建筑的穩(wěn)定性。在選擇施工材料時(shí)，還要充分結(jié)合當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)水文條件，精確計(jì)算住宅建筑對(duì)剛度的需求，將剛度的優(yōu)化設(shè)計(jì)和實(shí)際剛度相互結(jié)合，既能保證施工質(zhì)量，也可以有效控制成本，實(shí)現(xiàn)對(duì)住宅建筑施工階段的壽命優(yōu)化。

5.3 結(jié)構(gòu)計(jì)算參數(shù)優(yōu)化

住宅建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)比較復(fù)雜，涉及到的內(nèi)容比較多，結(jié)構(gòu)參數(shù)眾多，如果其中一個(gè)結(jié)構(gòu)參數(shù)選擇不當(dāng)，就會(huì)對(duì)住宅建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、安全性，及居民生活的舒適性造成較大影響。所以，在具體設(shè)計(jì)中，必須加強(qiáng)對(duì)結(jié)構(gòu)計(jì)算參數(shù)的優(yōu)化。保證錄入計(jì)算機(jī)中的結(jié)構(gòu)尺寸、規(guī)格、型號(hào)等相關(guān)數(shù)據(jù)都輸入準(zhǔn)確，避免發(fā)生計(jì)量誤差。此外，尤其是在結(jié)構(gòu)計(jì)算參數(shù)選擇時(shí)，需要結(jié)合住宅建筑工程結(jié)構(gòu)的特性和實(shí)際情況，合理編寫計(jì)算程序，以保證結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的準(zhǔn)確性。在整個(gè)住宅建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化過(guò)程中，不能只憑借計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)分析計(jì)算，還要結(jié)合計(jì)算模型和設(shè)計(jì)人員的自身技術(shù)水平，保證結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的可靠性。

5.4 結(jié)構(gòu)形式的優(yōu)化

住宅建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化具有很強(qiáng)復(fù)雜性和系統(tǒng)性，不能只對(duì)外部結(jié)構(gòu)或者看得到的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，還要加強(qiáng)細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)優(yōu)化。在本工程建設(shè)中，采用了大量的現(xiàn)澆板，因此，在結(jié)構(gòu)的拐角處極易法裂縫和斷裂問(wèn)題。為解決這一問(wèn)題，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化中，就需要明確標(biāo)注鋼筋的型號(hào)和材質(zhì)，盡量選擇極限拉應(yīng)力好的材料。除現(xiàn)澆板之外，剪力墻布置優(yōu)化也是重中之重，對(duì)相關(guān)細(xì)節(jié)和材料也要全面優(yōu)化。在剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化中，抗震設(shè)計(jì)優(yōu)化是基礎(chǔ)核心，對(duì)設(shè)計(jì)優(yōu)化的要求也比較高。不同建筑工程，所處位置不同，地質(zhì)水文條件不同，抗震設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)也不相同，缺乏可借鑒的經(jīng)驗(yàn)及啟示。因此，多采用概念設(shè)計(jì)優(yōu)化的方法，通過(guò)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)優(yōu)化抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，不斷提升剪力墻結(jié)構(gòu)的抗震性。

5.5 住宅建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化

住宅建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案經(jīng)過(guò)優(yōu)化之后，要能夠在一定程度上提升施工進(jìn)度。為盡快開(kāi)工建設(shè)，需要設(shè)計(jì)方能夠在最短時(shí)間內(nèi)給出設(shè)計(jì)優(yōu)化方案，導(dǎo)致個(gè)別設(shè)計(jì)優(yōu)化人員，經(jīng)常疏于對(duì)設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化處理，致使設(shè)計(jì)方案在后期施工使用中頻繁發(fā)生問(wèn)題，不但會(huì)延長(zhǎng)施工工期，而且浪費(fèi)資源和成本，導(dǎo)致住宅建筑施工中經(jīng)常發(fā)生超預(yù)算。因此，在住宅建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化中，需要嚴(yán)格按照工期要求，合理安排設(shè)計(jì)優(yōu)化和施工的時(shí)間，提升住宅建筑工程的總體質(zhì)量。

6 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，住宅建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化，對(duì)提升設(shè)計(jì)方案的科學(xué)性、合理性有重要意義，同時(shí)也可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)原設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題，及時(shí)解決處理，保證后序安全、高效、有序的開(kāi)展。針對(duì)目前存在的問(wèn)題，需要嚴(yán)格按照住宅建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化步驟進(jìn)行優(yōu)化處理，并針對(duì)不同的結(jié)構(gòu)，選擇與之相適的優(yōu)化方法，以實(shí)現(xiàn)住宅建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的全面優(yōu)化。