建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的實(shí)際應(yīng)用分析

王 鵬（唐山市規(guī)劃建筑設(shè)計(jì)研究院，河北 唐山063000）

隨著近年來(lái)社會(huì)的迅速發(fā)展，土地制度也在不斷健全與完善，伴隨著土地資源需求量的增多，為緩解土地資源緊張的局勢(shì)，其土地價(jià)格也在迅速上漲。此種資源背景不僅給房產(chǎn)開(kāi)發(fā)工作帶來(lái)了一定的壓力，同樣也在一定程度上影響了建筑成本的控制。當(dāng)前，人們對(duì)房屋建筑設(shè)計(jì)的要求也越來(lái)越高，建筑產(chǎn)品的質(zhì)量成為了大多數(shù)社會(huì)群體廣泛關(guān)注的問(wèn)題。房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要設(shè)計(jì)理念是在保障房屋實(shí)用性、安全性、經(jīng)濟(jì)、美觀的前提下，來(lái)達(dá)到空間的最優(yōu)配置，實(shí)現(xiàn)資源的最佳利用。以下主要介紹建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法及其在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。

1 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的具體應(yīng)用方法

一個(gè)集功能與審美一體化的成功建筑必須是將結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與外觀設(shè)計(jì)相結(jié)合的產(chǎn)物。其中建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)則是設(shè)計(jì)工作中的重中之重，建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)主要包括房屋的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)、房屋頂蓋系統(tǒng)的優(yōu)化系統(tǒng)、房屋周?chē)o(hù)欄方面的方案優(yōu)化設(shè)計(jì)及其他結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)部分的優(yōu)化設(shè)計(jì)。在對(duì)房屋結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，首先需要從房屋建筑的實(shí)際情況出發(fā)，從整體效應(yīng)方面去考慮，在確保設(shè)計(jì)滿足功能性要求后，對(duì)平面布置的規(guī)模進(jìn)行設(shè)置，將建筑質(zhì)量中心與其剛度之間的差距縮小，均衡力度的承載方向。以下主要簡(jiǎn)單地介紹建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的模型及其具體的優(yōu)化計(jì)算方案。

1.1 設(shè)計(jì)模型

建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的模型建設(shè)主要是將影響結(jié)構(gòu)最優(yōu)設(shè)計(jì)的具體參數(shù)發(fā)掘出來(lái)，并將相關(guān)變量的參數(shù)提煉出來(lái)，建立出初步設(shè)計(jì)的函數(shù)模型。并將其通過(guò)合理性的計(jì)算方案，規(guī)劃出最佳的設(shè)計(jì)方案。建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的模型建立第一步，首先需要選擇選擇影響整體設(shè)計(jì)的主要因素作為設(shè)計(jì)變量，將影響并不大的變量作為預(yù)定參數(shù)，從整體上減少設(shè)計(jì)程序的工作冗余。其次，將預(yù)定參數(shù)中建筑切面的尺寸及涉及到其截面積的相關(guān)數(shù)據(jù)函數(shù)表示出來(lái)，以控制總費(fèi)用成本為目的。再次，制定好約束設(shè)計(jì)的條件。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的約束條件包括具體房屋的尺寸規(guī)劃、結(jié)構(gòu)的整體強(qiáng)度、預(yù)應(yīng)力的相關(guān)參數(shù)限制、變形情況的規(guī)定等方面。在進(jìn)行約束條件規(guī)劃時(shí)需要遵照設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案要滿足房屋構(gòu)造實(shí)際的標(biāo)準(zhǔn)，確保各項(xiàng)約束條件能夠滿足實(shí)際操作要求，以此來(lái)達(dá)到最優(yōu)設(shè)計(jì)。

1.2 優(yōu)化計(jì)算方案

建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法主要是一種根植于可靠度的房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。其中變量較多，各類數(shù)據(jù)比較復(fù)雜。一般而言，在規(guī)劃計(jì)算方案時(shí)常習(xí)慣將限制性的問(wèn)題轉(zhuǎn)化為無(wú)限定性的問(wèn)題。在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的優(yōu)化計(jì)算方案一般可以采取拉氏乘子法、Powell算法等。

2 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的實(shí)際應(yīng)用

將建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法應(yīng)用于房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，不僅能夠降低工程投入成本，同樣可以做到使房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)達(dá)到最優(yōu)配置，體現(xiàn)巨大的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效應(yīng)。通常來(lái)說(shuō)，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法一般應(yīng)用于房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的前期設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)、結(jié)構(gòu)內(nèi)部抗震設(shè)計(jì)、舊房屋的整體改造等方面。

2.1 前期設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)

房屋結(jié)構(gòu)的前期設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)是影響房屋經(jīng)濟(jì)性設(shè)計(jì)的重要方面，它會(huì)對(duì)項(xiàng)目的總投資資金造成影響。當(dāng)前，在房屋設(shè)計(jì)方面存在的普遍的問(wèn)題便是在前期環(huán)節(jié)并沒(méi)有將建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法應(yīng)用其中，在設(shè)計(jì)前期并沒(méi)有考慮到結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的科學(xué)性與合理性，甚至部分情況下，會(huì)對(duì)房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)造成負(fù)面影響。因此，必須在前期設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)將建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法應(yīng)用其中，選擇較為合理、可行的結(jié)構(gòu)形式，策劃合理的設(shè)計(jì)方案，在設(shè)計(jì)初始時(shí)期保障設(shè)計(jì)的合理性，為整體設(shè)計(jì)創(chuàng)造較好的開(kāi)端。

2.2 抗震概念設(shè)計(jì)

在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法主要應(yīng)用于無(wú)具體數(shù)據(jù)參數(shù)指標(biāo)的抗震設(shè)計(jì)情況。將抗震設(shè)防烈度作為設(shè)計(jì)案例，正是由于其發(fā)生具有較大的不確定性，實(shí)際計(jì)算情況通常會(huì)與預(yù)定設(shè)計(jì)情況產(chǎn)生差異，因此需要采取結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中的概念設(shè)計(jì)方案。將以往的數(shù)據(jù)作為輔助考察依據(jù)，在具體設(shè)計(jì)過(guò)程中，將建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法靈活運(yùn)用于設(shè)計(jì)中，以期達(dá)到最佳設(shè)計(jì)值。另外，在保障宏觀設(shè)計(jì)滿足要求的同時(shí)還需要注重結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)的設(shè)計(jì)。將房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)中現(xiàn)澆板的選用作為具體設(shè)計(jì)要求，若其異形板在拐角末端較易產(chǎn)生斷裂情況，設(shè)計(jì)時(shí)則需要考慮鋼筋選擇的范圍，在投入成本相當(dāng)?shù)那闆r下，選用極限拉力較強(qiáng)、能夠滿足塑性要求的鋼筋材料。若現(xiàn)行規(guī)劃的現(xiàn)澆板所選用的材質(zhì)是在受力方面有較強(qiáng)功能的，此時(shí)為保障塑性要求，則可選擇冷軋帶肋式的鋼筋材料。保障在內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，現(xiàn)澆板外部里面的配置鋼筋材料能夠滿足結(jié)構(gòu)優(yōu)化的具體條件，不僅能夠?yàn)榻ㄖ踩O(shè)計(jì)提供保障，同樣也可以達(dá)到經(jīng)濟(jì)性控制的目的。

2.3 房屋基礎(chǔ)地基優(yōu)化設(shè)計(jì)

房屋地基作為其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，為達(dá)到優(yōu)化設(shè)計(jì)的目的，首先需要確保其地基結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的最優(yōu)規(guī)劃。隨著建筑行業(yè)的飛速發(fā)展，房屋地基設(shè)計(jì)也正根據(jù)其建筑成品的功能、具體形態(tài)不同，其對(duì)地基的具體標(biāo)準(zhǔn)要求也存在著強(qiáng)弱差異，基于房屋基礎(chǔ)地基設(shè)計(jì)更需要從其實(shí)際情況出發(fā)，設(shè)定好地基實(shí)際勘測(cè)計(jì)劃，在結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，秉承節(jié)省工程造價(jià)的原則，若地基設(shè)計(jì)主要以地樁為基礎(chǔ)，則需要根據(jù)實(shí)際受力情況，對(duì)不同材質(zhì)的地樁進(jìn)行考察，選擇最佳的設(shè)計(jì)方案。

2.4 選擇節(jié)能指標(biāo)較高的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)類型

將建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案應(yīng)用于房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中主要是為了在降低工程造價(jià)的基礎(chǔ)上，提升房屋建成后的整體效益。因此，需要選擇節(jié)能指標(biāo)較高的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)類型。常規(guī)設(shè)計(jì)中主要有三種房屋結(jié)構(gòu)形式，分別為短肢剪力墻結(jié)構(gòu)、框架結(jié)構(gòu)及框架與剪力墻融合的結(jié)構(gòu)模型。第一種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的抗震性能較高，且并不需要較多材料的選用，第二中結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)由于其柱截面較大會(huì)影響房屋內(nèi)部家具的布置，而第三種結(jié)構(gòu)綜合適應(yīng)能力較強(qiáng)，抗震效果好，且抗測(cè)力效果較為明顯。三種結(jié)構(gòu)類型均有其自身存在的優(yōu)缺點(diǎn)，在選擇最優(yōu)設(shè)計(jì)方案時(shí)同時(shí)需要從房屋實(shí)際需求出發(fā)，將造價(jià)與后期效益均納入考慮的范疇，據(jù)實(shí)際情況選擇最佳設(shè)計(jì)方案。

3 結(jié)束語(yǔ)

總之，將建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法應(yīng)用于房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，主要是為了達(dá)到降低工程總造價(jià)、提高建筑結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性的目的。在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，選擇最為合理、科學(xué)的建筑材料，在前期設(shè)計(jì)、概念設(shè)計(jì)、下部地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中應(yīng)用最優(yōu)設(shè)計(jì)方法，不僅能夠使建筑物實(shí)現(xiàn)審美價(jià)值與功能性的統(tǒng)一，同時(shí)能夠從整體上節(jié)省房屋工程建造成本，實(shí)現(xiàn)良好的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益，較好地迎合了當(dāng)前科學(xué)發(fā)展觀、可持續(xù)發(fā)展理念的要求。

[1]鄭智垚，樂(lè)肖軍.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)與其在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品,2011(02).

[2]孫有果.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的具體應(yīng)用探討[J].科技致富導(dǎo)向,2011(08).

[3]曲浩.淺談結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)與其在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].科技與企業(yè),2013(04).

[4]陳俊.淺談結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)與其在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].科技致富導(dǎo)向,2013(01).

[5]佟月強(qiáng)，郝明.試論結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)及在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].科技與企業(yè),2012(04).