結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化技術(shù)在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用探討

陳衛(wèi)軍

摘要：隨著中國已經(jīng)進人全面建設(shè)小康社會，成為加快推進整個社會經(jīng)濟迅速發(fā)展的階段，人民的生活水平質(zhì)量將會不斷地提升，居住水平將上臺階，適當(dāng)提高人民居住生活的新需求，本文根據(jù)作者自己多年的實踐經(jīng)驗作了探討。在最后從三個方面詳細分析房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化技術(shù)的具體策略，希望本文對于我國相關(guān)人士有參考或借鑒的意義。

關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)設(shè)計；優(yōu)化技術(shù)；房屋設(shè)計；探討應(yīng)用

Abstract: with the China has in the comprehensive construction well-off society, be speeding up the whole social economic rapid development stage, people's standard of living quality will continue to ascend, living level will up the steps, improve the people's living life appropriate new demand, according to the practical experience for many years in the authors discussed in this paper. In the final analysis from three aspects detailed design optimization of building structure technology specific strategies, we hope that this paper for our country related parties or the significance of reference.

Keywords: structure design; Optimization technology; Housing design; Discusses application

中圖分類號：TB482.2文獻標識碼：A 文章編號：

結(jié)構(gòu)設(shè)計是個系統(tǒng)、全面的工作。作為結(jié)構(gòu)設(shè)計人員，需要扎實的理論知識功底，靈活創(chuàng)新的思維和嚴肅認真負責(zé)的工作態(tài)度。加深對當(dāng)前房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中常見問題的認識與研究，以不斷提高自身的結(jié)構(gòu)設(shè)計水平，使設(shè)計的作品比現(xiàn)階段的其它建筑具有更高的水準、更合理和更經(jīng)濟的結(jié)構(gòu)形式。隨著經(jīng)濟快速發(fā)展，結(jié)構(gòu)設(shè)計在當(dāng)今房屋建筑工程中，是一項責(zé)任繁重、具有影響力的項目，房屋設(shè)計的優(yōu)化性比較重要，其設(shè)計的水平直接影響著建筑物的經(jīng)濟性、適用性和安全性。

1、房屋優(yōu)化設(shè)計的主要內(nèi)容

通常房屋結(jié)構(gòu)的設(shè)計主要是利用適宜的方法和設(shè)計理念來滿足房屋建筑設(shè)計的需求，比如確定合理的布置、結(jié)構(gòu)形勢、構(gòu)件尺寸等。尤其是優(yōu)化設(shè)計基本的鋼筋混凝土房屋結(jié)構(gòu)體系，往往自整體布局與具體構(gòu)件兩個角度進行分析、考慮。影響整體布局的關(guān)鍵因素是建筑

物的柱網(wǎng)尺寸、層高、體型、抗側(cè)力構(gòu)件位置等。具體構(gòu)件主要是指結(jié)構(gòu)構(gòu)件的幾面、布局、

鋼筋及混凝土的配筋構(gòu)造、強度等級。對于這兩大方面的因素，需要有專業(yè)的工程設(shè)計人員，

熟知構(gòu)件設(shè)計規(guī)范并具有豐富設(shè)計經(jīng)驗，而且善于分析與把握構(gòu)件受力特性及結(jié)構(gòu)，進而選

取最相適宜的方法展開優(yōu)化設(shè)計工作。

2、房屋優(yōu)化設(shè)計的必要性

依據(jù)我國的國情以及發(fā)展形勢，我國今后主要以建設(shè)高層住房為主。與此同時，投資者們也日益關(guān)注建設(shè)成本如何最低化，使用結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)建筑成本的最低化。若想實現(xiàn)結(jié)構(gòu)優(yōu)化的目的，工程設(shè)計人員首先以建筑的安全性為基礎(chǔ)，然后理性分析建筑方案，

融合與之相適宜的設(shè)計理念以及方法，實現(xiàn)對工程造價的有效控制，以符合投資者的經(jīng)濟要求。根據(jù)統(tǒng)計資料表明，建筑結(jié)構(gòu)經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計比未進行優(yōu)化的建筑節(jié)省了5%至30%的費用。然而，在很多實際優(yōu)化設(shè)計中，其因為受到較多因素的制約而難以施展、發(fā)揮出其優(yōu)越性。比如，過度追求工程設(shè)計進度，就會影響工程設(shè)計人員的設(shè)計效果，一味地以滿足工程進度為目標；年輕的工程設(shè)計人員常受其專業(yè)素質(zhì)限制，難以理解其設(shè)計軟件，無法實現(xiàn)優(yōu)化技術(shù)；也有一些工程設(shè)計人員過于關(guān)注建筑部分，忽視了建筑的整體方案，未能實現(xiàn)控制整體造價。由此可見，工程設(shè)計人員要將其技術(shù)與經(jīng)濟效益進行有機結(jié)合，只有合理的設(shè)計方案才能確保實現(xiàn)最大經(jīng)濟效益。

3、關(guān)于優(yōu)化設(shè)計技術(shù)中存在的問題

3.1重視結(jié)構(gòu)尺寸，忽略結(jié)構(gòu)整體設(shè)計人員優(yōu)化建筑方案時，通常根據(jù)已給的幾何形狀、

材料、拓補等來規(guī)劃，以符合條件的構(gòu)件截面要求，而忽略了整體結(jié)構(gòu)的優(yōu)化性。其實形狀的優(yōu)化設(shè)計要比尺寸的優(yōu)化重要得多，單純的尺寸優(yōu)化不能滿足優(yōu)化結(jié)構(gòu)的需求。不少設(shè)計人員片面的認為結(jié)構(gòu)方案和布置規(guī)劃經(jīng)過計算機軟件對分析上部結(jié)構(gòu)，一旦構(gòu)件截面符合計算結(jié)構(gòu)的規(guī)定，那么對于地基部分，特別是軟地基部分，上部結(jié)構(gòu)重要性就變低了。所以設(shè)計人員時常對上部結(jié)構(gòu)的構(gòu)件截面沒有足夠的重視。

3.2優(yōu)化目標不能完全符合工程的需求在實際優(yōu)化設(shè)計過程中，時常伴隨著很多難題，因為工程設(shè)計工作中的約束條件較多、建筑功能的限制性較多、變量也多等一系列不確定因素，致使目標函數(shù)僅能獲取相對的最優(yōu)解。當(dāng)今利用計算機軟件來優(yōu)化截面，幾次間的試驗根本無法實現(xiàn)預(yù)期效果。因此設(shè)計的進度與時機都限制了優(yōu)化方法的實現(xiàn)。雖然當(dāng)今不少建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計及布置是較為合理的，而且它的構(gòu)件截面也適合常規(guī)尺寸，但是計算機軟件的分析工作依然是設(shè)計工作中薄弱一節(jié)。即使利用增大構(gòu)件截面的手段也無法得到有效改善，

相反地還增大了耗材的成本。

3.3離散變量問題建筑物尺寸、型鋼規(guī)則型號、鋼筋等都是變量，傳統(tǒng)的梯度算法、對偶算法已經(jīng)不能滿足當(dāng)今的工程設(shè)計需要。當(dāng)前隨著問題日益增多，引發(fā)了計算量劇增的組合性爆炸難題。

4、結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用

4.1概念設(shè)計優(yōu)化與建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計每一個建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計方案，都具有多種結(jié)構(gòu)及布局設(shè)計，即使建筑物的結(jié)構(gòu)布局已經(jīng)被確定，并且處于相同的荷載狀況，也依然有很多種分

析方法。建筑分析中的材料、設(shè)計參數(shù)、荷載取值等都不是固定不變的，處理建筑物的細節(jié)問題也是要隨機應(yīng)變的，尤其是計算機軟件不能解決的問題，更需要設(shè)計人員親自來做出分析判斷。概念設(shè)計意指設(shè)計者遵守房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計的普遍規(guī)律，同時結(jié)合工程的實際經(jīng)驗來進行研究設(shè)計，概念設(shè)計是設(shè)計者對多個備選設(shè)計方案進行篩選的工作環(huán)節(jié)。

4.2概念設(shè)計處理實際房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計問題處理概念設(shè)計問題具有多種形式，但是所追求的共同目的是在任何外來影響下，建筑結(jié)構(gòu)都可以穩(wěn)固應(yīng)對或者僅是受到很低損害，這也是概念設(shè)計中要處理的基本實際狀況。由此可見，概念設(shè)計的主要內(nèi)容即為將建筑物所可能遭到的各種破壞因素以及相應(yīng)的預(yù)防措施。比如地震災(zāi)害是最難以預(yù)防和解決的破壞性因素，

其嚴重的破壞性，已經(jīng)作為了概念設(shè)計中的重要課題。所以房屋結(jié)構(gòu)在設(shè)計之時便要提前著手，做好房屋的抗震性能，以提升抗震性能為基礎(chǔ)，降低地震對建筑結(jié)構(gòu)危害的主要措施是確保建筑材料的剛度對稱且均勻，為了更好地防止地震引發(fā)房屋結(jié)構(gòu)的脆性破壞，可以實行延性設(shè)計進行減緩；此外房屋結(jié)構(gòu)可以實行多道防御系統(tǒng)，幫助房屋建筑在遭受地震當(dāng)中分解地震的能量，減少損害度，以上這些抗震設(shè)計的思路均為概念設(shè)計的主要指導(dǎo)思想。

4.3結(jié)構(gòu)設(shè)計中的實用性與藝術(shù)性結(jié)合建筑物其實就是建筑師的藝術(shù)品，建筑師在設(shè)計建筑物的時候，始終期望將自己的意圖表達得淋漓盡致，追求藝術(shù)性與實用性的最佳融合。

結(jié)構(gòu)設(shè)計人員首先要保證所涉及房屋建筑的安全性，然后對于建筑的結(jié)構(gòu)形式進行改善，不斷完美，以全面體現(xiàn)建筑設(shè)計師的美學(xué)意圖。在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計當(dāng)中，滿足設(shè)計師的設(shè)計意圖是基本標準，平面布局須要精確對稱，有規(guī)則性，最大限度縮減質(zhì)量與剛度兩者之間的差異，

以避免建筑物因荷載作用發(fā)生扭轉(zhuǎn)問題。豎向布局應(yīng)以滿足房屋的功能為基礎(chǔ)，確保豎向承重構(gòu)件上下貫通，使用轉(zhuǎn)換層來降低設(shè)計或結(jié)構(gòu)分析的難度與成本。此外，豎向布局剛度須要實行漸變，以避免應(yīng)力的過度集中現(xiàn)象，增強房屋結(jié)構(gòu)抵抗水平動力的荷載。

5、結(jié)語

工程造價在工程項目占有很大比例，具有重要的經(jīng)濟效益，所以優(yōu)化設(shè)計房屋結(jié)構(gòu)能夠卓有成效地減少工程造價成本。與此同時，優(yōu)化設(shè)計房屋結(jié)構(gòu)要保障建筑的安全級別，合理化等，協(xié)調(diào)好技術(shù)和經(jīng)濟兩者之間的關(guān)系，切勿因重視節(jié)省成本，而忽視質(zhì)量或技術(shù)。為了實現(xiàn)整體目標最優(yōu)，結(jié)構(gòu)設(shè)計人員與工程師要分析房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計，充分發(fā)揮其優(yōu)勢，利用精細高效的工作標準及要求來實現(xiàn)最優(yōu)化的房屋結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)設(shè)計的構(gòu)造措施，主要還是通過結(jié)構(gòu)設(shè)計理論與計算理論對存在許多缺陷或者不可計算性下手。 通過結(jié)構(gòu)方案的分析、模型參數(shù)的控制及施工圖中細節(jié)的把握。

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