論房屋建筑結構設計中應用優(yōu)化技術

馬魁 劉慶貴

摘要：在建筑工程的成本中建筑結構的造價占有較大的比例，而建筑結構的優(yōu)化設計可以實現(xiàn)可觀的經(jīng)濟效益。為此，建筑結構設計人員在實際的協(xié)作中，應加強溝通，精心設計。應用優(yōu)化技術，選擇合理的建筑結構設計方案，降低建筑工程的成本。

關鍵詞：房屋建筑；建筑結構設計；應用；優(yōu)化技術

中圖分類號：TB

文獻標識碼：A

文章編號：1672-3198（2013）05-0193-02

當前，隨著我國經(jīng)濟快速發(fā)展，在建筑方面的投入不斷增加，同時為了滿足人們居住條件及生活環(huán)境要求的愿望，建筑工程結構設計的基本要求在于建造的建筑結構應具有一定的功能性、安全性、耐久性。同時還要求具有一定的經(jīng)濟性、美觀性和便于后期施工等幾個方面的特點。而本文所講的建筑結構優(yōu)化設計是在滿足以上基本要求下做的更進一步、更為合理地建筑結構設計，使建造的建筑工程不僅能夠滿足造型美觀、結構安全以及經(jīng)濟合理等方面的實際意義，能夠為廣大民眾提供一個良好的生活居住環(huán)境。

1房屋中建筑結構設計優(yōu)化技術的內(nèi)容

建筑結構優(yōu)化設計的內(nèi)容首先應遵循設計規(guī)范以及滿足建設方的使用要求為前提，充分考慮房屋建筑設計遇到的實際情況，以實現(xiàn)經(jīng)濟上最合理為目的。我們把這個設計的過程稱為優(yōu)化設計。優(yōu)化設計側重于對建筑結構的結構選型、構件的布置方式、以及結構的受力情況進行優(yōu)化設計分析。從大的方面可以分成兩部分：一部分是以結構總體為對象的優(yōu)化設計；另一部分是以房屋分部結構為對象的優(yōu)化設計。其中分部結構的優(yōu)化設計部分又可以細分為圍護結構的優(yōu)化設計、細部結構的優(yōu)化設計、下部基礎部分的優(yōu)化設計、中間部分主體結構部分的優(yōu)化設計、上部屋蓋結構的優(yōu)化設計。

2房屋建筑結構設計與經(jīng)濟的關系

（1）房屋建筑結構設計層數(shù)與用地面積之間的關系：從表面上看多層或高層建筑中，隨著層數(shù)的增加，建筑物單位總建筑面積所使用的土地面積就越少。但是實際上不是這樣的，隨著建筑物層數(shù)的增加，建筑物的總高度也會增加。這樣勢必會增大相鄰建筑物之間的間距，會增大建筑物單位總建筑面積所使用的土地面積。所以單位總建筑面積所使用的土地面積與建筑物的層數(shù)之間沒有某種很必然的聯(lián)系。為此進行建筑結構優(yōu)化設計時應充分考慮，尋求建筑層數(shù)與用地面積之間的協(xié)調(diào)關系。

（2）房屋建筑結構的分部部分與建筑物層數(shù)之間的關系：由于同一個建筑物共用屋蓋部分，所以屋蓋部分的單位設計成本會隨著建筑物層數(shù)的增加而降低。但是對于基本部分則不同，雖然同一個建筑物共用一個基礎部分。但是隨著建筑物層數(shù)的增加，上部主體部分給基礎部分施加的荷載增加。為了保障建筑物的安全，基礎部分的設計需要提高其構件的承載力，這樣就會增加基本部分的設計成本。所以基礎部分的設計成本會隨著建筑物層數(shù)的增加而增加。

同樣對于結構內(nèi)部的一些承重結構構件，如墻、柱、梁等構件，隨層數(shù)增加這些構件所需要面對的實際環(huán)境更復雜，為保障建筑物的安全，就需要采取提高這些基礎構件承載力的措施，這樣也會直接造成這些基礎構件設計的成本增加。所以建筑物內(nèi)部不同的分部部分，層數(shù)對其造價成本的影響是不同的。

（3）房屋建筑結構設計與建筑設備之間的經(jīng)濟關系：房屋建筑結構在建造的過程中需要大量的給排水管道以及電氣設備材料。房屋的層高直接影響房屋建筑設備部分的造價成本，建筑物的層數(shù)越多，需要的給排水管道量越大，同時需要的電氣設備量也會增加，這樣就會間接的增大建筑設備部分的造價成本。

（4）房屋建筑結構的體型設計與經(jīng)濟的關系：要建造相同面積的建筑物，方形或圓形平面形狀，其周長越小。所消耗的墻體面積越少，后期墻體的裝修投入的成本越少。除此以外，方形或圓形平面形狀的建筑物其結構內(nèi)部構件的受力狀態(tài)更穩(wěn)定，結構更穩(wěn)固。因此，大部分的建筑物采用方形或圓形的平面形狀。

3優(yōu)化技術在房屋建筑結構設計中的應用

3.1重視概念設計優(yōu)化技術的分析

由于建筑物結構布置方案的多樣性，對于同一個建筑方案，可以選擇不同的結構布置方案；由于分析方法的不唯一性，對于已經(jīng)確定結構布置方案的建筑物，在考慮相同荷載作用情況下可以選擇不同的分析方法；另外建筑物的設計選用的設計參數(shù)指標、取用的建筑材料、荷載標準值的取法也是不唯一的。以上部分的處理，無法直接依靠設計的軟件也就是計算機給出答案。這些部分的處理，需要依靠設計人員確定。然而不同的設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計人員有一定的經(jīng)驗積累。經(jīng)驗越豐富的設計人員，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計優(yōu)化過程。這說明，實現(xiàn)優(yōu)化設計要重視設計人員的經(jīng)驗積累。經(jīng)驗越豐富的設計人員，越能實現(xiàn)建筑結構的優(yōu)化設計。

3.2概念設計優(yōu)化要解決的是建筑設計中實際的復雜問題

房屋建筑結構設計的主要目的是要保證所建造的建筑物的功能性、安全性，以及耐久性。能夠在規(guī)定的使用年限內(nèi)滿足各種功能的要求，同時做到最大限度的節(jié)約資金。

為此概念設計優(yōu)化的最終目標是希望所完成設計的建筑物能抵抗各種不期而遇的外部作用因素。在外部因素的作用下設計的這些建筑物不至于倒塌。因此，分析建筑物應對復雜的外部復雜環(huán)境因素成為概念優(yōu)化設計的重要內(nèi)容。在這些復雜環(huán)境因素中，以地震作用比較特殊。地震作用無法確定其發(fā)生的時間，地點，能量等級。其活動沒有規(guī)律可參考，一旦發(fā)生地震作用，其對建筑物產(chǎn)生的破壞性也是嚴重的。為此在設計過程中應該充分的考慮建筑物受到的地震作用，避免地震作用對建筑物產(chǎn)生的破壞。加強建筑物的抗震設計，取用一些有效的抗震設計方案。采用剛度對稱均勻的建筑布置方案可以提高建筑物的抗震能力；遵循建筑物的延性設計理念，也可以有效地防止結構在地震作用下發(fā)生脆性破壞；如果在特大地震作用下首先發(fā)生破壞的是次要的構件，次要構件在破壞的過程中會消耗一部分地震能量，這樣可以有效的保護主要構件，我們把這種設計理念稱為多道設防思想，加強采用多道設防思想。

4房屋建筑結構優(yōu)化技術的應用需注意的事項

（1）房屋建筑結構優(yōu)化技術的應用需注意到前期的參與。前期方案的確定會直接影響建筑項目的總成本，而目前普遍存在前期方案確定中結構優(yōu)化設計技術并不參與其中，以致相關設計人員在進行房屋建筑結構設計時往往會不注意建筑結構的合理性和可行性，這樣的建筑結構設計結果會對結構設計造成直接的影響，增加了結構設計的困難度，并且增加了房屋建筑結構設計的成本。為此，設計人員應充分的融入結構優(yōu)化設計方案，使結構優(yōu)化設計方案初期參與其中，優(yōu)化選擇合理的結構形式和設計方案，可以節(jié)約成本。

（2）注重細部優(yōu)化：① 除了注重整體設計的同時，也應加強結構基本構件的精細設計。比如盡量劃分矩形板塊的現(xiàn)澆板設計，這樣既可以使現(xiàn)澆板設計的受力合理，也可以避免拐角裂縫的出現(xiàn)。②隨著計算機技術以及結構優(yōu)化設計理論的結合，在具體的優(yōu)化設計過程中，優(yōu)化設計實際上已由一個工程實踐問題轉化為一個數(shù)學問題。因此，工程設計人員應加強自身基于計算機技術的優(yōu)化設計分析。

5結語

房屋建筑結構設計的主要目的是要保證所建造的建筑物的功能性、安全性，以及耐久性。能夠在規(guī)定的使用年限內(nèi)滿足各種功能的要求，同時做到最大限度的節(jié)約資金。建筑結構的優(yōu)化設計可以實現(xiàn)可觀的經(jīng)濟效益。為此，建筑結構設計人員在實際的協(xié)作中，應加強溝通，精心設計。應用優(yōu)化技術，選擇合理的建筑結構設計方案。降低建筑工程的成本。

參考文獻

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