論房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)用優(yōu)化技術(shù)

孟祥翔

摘 要：房屋建筑工程結(jié)構(gòu)的設(shè)計對于施工企業(yè)和居住者來說都有著重要的影響和作用，需要在其設(shè)計中加強(qiáng)優(yōu)化技術(shù)的應(yīng)用研究。

關(guān)鍵詞：房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計；意義；應(yīng)用

中圖分類號：TU3文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A

前言

在對新時代房屋建筑進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中，必須綜合各個方面影響因素，應(yīng)用優(yōu)化技術(shù)，使房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計能夠提升企業(yè)建筑施工的可執(zhí)行性、質(zhì)量程度和安全使用程度。

一、房屋建筑工程中結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計技術(shù)內(nèi)容及意義

房屋工程項目結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計主要包括房屋結(jié)構(gòu)造型、房屋受力結(jié)構(gòu)以及房屋構(gòu)建結(jié)構(gòu)等進(jìn)行綜合考慮和優(yōu)化。在進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計過程中，設(shè)計師一般首先考慮房屋總體結(jié)構(gòu)的形狀和造型，在確定好其整體結(jié)構(gòu)之后再對其細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)進(jìn)行逐步分解優(yōu)化，如房屋圍護(hù)結(jié)構(gòu)、房屋屋蓋結(jié)構(gòu)、房屋剪力墻結(jié)構(gòu)等等施工結(jié)構(gòu)內(nèi)容，從而最大限度實現(xiàn)房屋結(jié)構(gòu)的全面優(yōu)化。與傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計相比，采用結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法可以使房屋建筑工程造價降低6%-34%。優(yōu)化方法的技術(shù)性實現(xiàn)，可以最合理的利用材料性能，使房屋建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)部各單元得到最好的協(xié)調(diào)，不僅可以實現(xiàn)房屋建筑美觀、實用，而且在造價方面也有較大的節(jié)省，達(dá)到了房屋建筑工程設(shè)計對適用、安全、經(jīng)濟(jì)、美觀和便于施工的一般要求，符合現(xiàn)今建筑商對于建筑結(jié)構(gòu)的效益的需求，也符合市場可持續(xù)發(fā)展的需求。

二、結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化技術(shù)的應(yīng)用

1、植入概念性設(shè)計理念

在進(jìn)行房屋建筑時候，有一些情況是不能使用具體數(shù)據(jù)進(jìn)行施工建筑的，這種情況我們可以植入概念性設(shè)計理念。利用概念性設(shè)計理念針對相同房屋的建筑方案，會有不同的結(jié)構(gòu)設(shè)計分析方法，將結(jié)構(gòu)設(shè)計方案確定之后，相同荷載的情形下也會出現(xiàn)不同的受力形態(tài)進(jìn)行分析。進(jìn)行分析的時候所應(yīng)用的材料、參數(shù)等不具有唯一性，細(xì)部的結(jié)構(gòu)設(shè)計也會不一樣。以上這些情況也是沒有辦法使用計算機(jī)處理的，需要設(shè)計人員進(jìn)行概念性判斷。

2、結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化技術(shù)與房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的結(jié)合一般建筑物的設(shè)計方式總是從結(jié)構(gòu)布置開始，確定了結(jié)構(gòu)布置后根據(jù)不同的荷載情況來分析過程中的參數(shù)、材料等要求，這些數(shù)據(jù)的分析有些是不能利用計算機(jī)來完成的，必須經(jīng)過人工的反復(fù)測量和計算，經(jīng)過大量的測量和數(shù)據(jù)分析，才能做出最科學(xué)的判斷。這就要求相關(guān)的技術(shù)工作人員，要樹立認(rèn)真負(fù)責(zé)的工作態(tài)度，不斷的提高自我專業(yè)水平，在一定的技術(shù)的支持下，盡可能對每一個環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)都做到詳細(xì)的記錄和分析，不忽視每一個環(huán)節(jié)，為以后的設(shè)計或者突發(fā)事故的處理作為可靠的參考。

3、重視概念設(shè)計優(yōu)化技術(shù)的分析由于房屋建筑物結(jié)構(gòu)布置方案的多樣性，對于同一個建筑方案，可以選擇不同的結(jié)構(gòu)布置方案；由于分析方法的多樣性，對于已經(jīng)確定結(jié)構(gòu)布置方案的建筑物，在考慮相同荷載作用情況下可以選擇不同的分析方法；另外建筑物的設(shè)計選用的設(shè)計參數(shù)指標(biāo)、取用的建筑材料、荷載標(biāo)準(zhǔn)值的取法也是多樣的。以上部分的處理，無法直接依靠設(shè)計的軟件給出答案。而是需要依靠設(shè)計人員確定。但是不同的設(shè)計人員對以上部分的處理意見是不同的。為此處理這些問題就需要設(shè)計人員有一定的經(jīng)驗積累。經(jīng)驗越豐富的設(shè)計人員，在處理這些問題時，方案的選擇越靈活、判斷的過程越充分、做出的選擇越合理，越優(yōu)化。這就是我們所說的概念設(shè)計優(yōu)化過程。這說明，實現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計要重視設(shè)計人員的經(jīng)驗積累。經(jīng)驗越豐富的設(shè)計人員，越能實現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計。

4、前期參與結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化必須要注意到前期參與，因為房屋建筑總投資與前期的方案有著密切關(guān)系，而現(xiàn)存在的普遍問題是多數(shù)的建筑設(shè)計師并沒有考慮到前期與結(jié)構(gòu)師的溝通，從而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)設(shè)計缺乏可行性與實踐應(yīng)用性，進(jìn)而直接影響到設(shè)計結(jié)果，加上某些因素的影響，還有可能造成施工的。因此，建筑設(shè)計師必須要注意前期參與，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)設(shè)計的可行性，降低結(jié)構(gòu)設(shè)計難度，減少建筑設(shè)計的總投資，針對不同的建筑類別，選擇合理的結(jié)構(gòu)形式，以獲取一下合理的設(shè)計方案，從而確保房屋建筑工程的良好開端。

5、采用優(yōu)化技術(shù)，促進(jìn)房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計的施工操作簡單化在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中充分采用優(yōu)化設(shè)計技術(shù)，其根本目標(biāo)就是為了提高建筑結(jié)構(gòu)的質(zhì)量、功能安全及經(jīng)濟(jì)效益。于此同時，也要充分考慮其施工成本和計使用年限。眾所周知，房屋建筑施工項目由于受到天氣影響、施工人員以及資金等較多因素影響。在其施工過程中會遇到各種意外情況，因此，房屋項目設(shè)計師在設(shè)計過程中就要綜合考慮這些外力影響因素和客觀條件，提高其房屋建筑結(jié)構(gòu)施工的抗意外能力和解決問題能力。尤其是我國很多地區(qū)地震災(zāi)害頻發(fā)，且等級程度高。要想避免地震等災(zāi)害對房屋結(jié)構(gòu)的影響，首先就要對建筑主體結(jié)構(gòu)采取剛度均勻的、重力分布對稱的結(jié)構(gòu)，同時也要對附屬結(jié)構(gòu)和其他外圍構(gòu)件進(jìn)行抗震設(shè)防，并提高其機(jī)構(gòu)的抗脆性能力，進(jìn)而能夠有較強(qiáng)的抗震性能。

6、結(jié)構(gòu)優(yōu)化計算方案結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化設(shè)計多個變量、多個約束條件，屬于一個非線性的優(yōu)化問題，設(shè)定計算方案時，常將有約束條件轉(zhuǎn)變?yōu)闊o約束條件來計算。常用的方法有拉氏乘子法、符合型法、Powell等。完成計算方案的設(shè)定后只需編制相應(yīng)適用的運(yùn)算程序即可得到我們的最終優(yōu)化結(jié)果。

7、結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計模型關(guān)于結(jié)構(gòu)設(shè)計上的優(yōu)化方法，主要從在各種影響因素中，找出主要的變量參數(shù)，并以此建立函數(shù)模型，結(jié)合科學(xué)的方法，得出最優(yōu)的答案。其模型的建立主要遵循以下步驟：一是對主要變量的選擇。在通常環(huán)境下，對變量的選擇，都是基于影響較大的因素。對工程中涉及到的所有參數(shù)，按照其重要性劃分出各個等級，先進(jìn)性預(yù)定參數(shù)的制定，那些影響力小的都劃到預(yù)定參數(shù)中，以便減少編程中的工作量。二是確定其目標(biāo)函數(shù)。運(yùn)用函數(shù)計算，找出符合條件的答案。按照條件來確定最優(yōu)方案。對于房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化中，在約束條件的選擇上，包含了很多的內(nèi)容，比如要考慮應(yīng)力的影響、裂縫寬度、尺寸和一級強(qiáng)度等，在正常條件下，極限狀態(tài)到最后的終極狀態(tài)，其彈性的約束力以及約束條件等，都要符合工程項目的設(shè)計以及施工的整體要求。

8、對于優(yōu)化設(shè)計設(shè)計相關(guān)程序參考可靠度進(jìn)行的房屋結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計的模型與利用的相關(guān)計算方法都比較系統(tǒng)，這樣就可以根據(jù)這個特點編寫一個運(yùn)算速度比較快的，具有多種功能的應(yīng)用程序，能夠在很大程度上提高效率。

9、分析統(tǒng)計結(jié)論在統(tǒng)計了各種數(shù)據(jù)計算結(jié)果之后，設(shè)計者要認(rèn)真分析統(tǒng)計數(shù)據(jù)，找出各種設(shè)計方案之間的相似點和不同點，并通過綜合衡量，來確定一種最佳的方案。在分析數(shù)據(jù)時，設(shè)計人員要注意從多個角度思考問題，不能遺漏某些易被忽略的細(xì)節(jié)問題。這是因為，房屋建造是一項成本較高的建設(shè)工程，涉及到各方當(dāng)事人的利益；只有站在宏觀的高度平衡這些利益關(guān)系，才能節(jié)約建設(shè)資金、優(yōu)化建設(shè)方案。設(shè)計者應(yīng)當(dāng)妥善處理工程經(jīng)濟(jì)效益與工程技術(shù)含量之間的關(guān)系，不能只顧節(jié)約成本，而忽視了技術(shù)的改進(jìn)。也就是說，在設(shè)計方案的選擇過程中，既應(yīng)當(dāng)避免片面追求效益和利潤的傾向，又應(yīng)當(dāng)避免片面追求技術(shù)創(chuàng)新的傾向。

結(jié)束語

建筑物不只要實用而且還要堅固美觀，房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化是一個十分復(fù)雜且具有比較強(qiáng)的綜合性的系統(tǒng)性問題，應(yīng)用新的設(shè)計技術(shù)，能更好地實現(xiàn)房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計的目標(biāo)，促進(jìn)房屋結(jié)構(gòu)向著經(jīng)濟(jì)化、科學(xué)化、多樣化等方向發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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