分析房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法的實(shí)用

中圖分類號(hào)：TU318"文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

摘要：現(xiàn)代建筑需要兼具使用價(jià)值與審美價(jià)值，這是對(duì)房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員所提出的新的要求。在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)當(dāng)中，有五個(gè)問題是設(shè)計(jì)人員需要重點(diǎn)注意的，分別是安全、美觀、實(shí)用、經(jīng)濟(jì)、方便施工。筆者結(jié)合自身的工作經(jīng)驗(yàn)，就優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的具體流程與應(yīng)用進(jìn)行簡(jiǎn)要的分析，以供參考。

關(guān)鍵詞：房屋結(jié)構(gòu);設(shè)計(jì);建筑結(jié)構(gòu);優(yōu)化方法

伴隨人們生活水平的提高，對(duì)建筑物的實(shí)用性提出了新的要求，需要符合經(jīng)濟(jì)性與觀賞性的標(biāo)準(zhǔn)。針對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，既可保證房屋結(jié)構(gòu)的安全性與實(shí)用性，又可滿足人們的審美要求，提高建筑物的使用性能，提高業(yè)主的居住舒適度，具有高度的現(xiàn)實(shí)意義。

1.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法的理論基礎(chǔ)

立足于專業(yè)建筑工程的相關(guān)理論，針對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化即是使建筑物的實(shí)用性與觀賞性更加符合業(yè)主的要求，又可分為的整體優(yōu)化與局部?jī)?yōu)化兩個(gè)方面，整體優(yōu)化是針對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)構(gòu)架進(jìn)行優(yōu)化，以提高其安全性能，局部?jī)?yōu)化指的是針對(duì)建筑物內(nèi)部的細(xì)節(jié)部位進(jìn)行美化與調(diào)整，其中還包括選型、布置、造價(jià)等內(nèi)容。優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，關(guān)鍵在于將剛度中心與質(zhì)量中心的差距縮到最小，以保證建筑平面結(jié)構(gòu)保持高度的對(duì)稱，以避免建筑物發(fā)生較大的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。在不損害建筑物基本功能的前提下，設(shè)計(jì)人員可將豎直方向的承重構(gòu)件進(jìn)行貫通，為降低結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的難度，避免采用轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)，由于剛度的變化是以漸變的形式呈現(xiàn)的，因此應(yīng)力不會(huì)過于集中，這對(duì)提高建筑物的水平載荷能力有著中重要的作用。

2.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的流程

2.1創(chuàng)建結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型

（1）正確選擇設(shè)計(jì)變量

在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)當(dāng)中，影響建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要參數(shù)即是設(shè)計(jì)變量，常見的設(shè)計(jì)變量主要包括約束控制的相關(guān)參數(shù)以及目標(biāo)控制的相關(guān)參數(shù)，在選擇設(shè)計(jì)變量的時(shí)候，可用預(yù)定參數(shù)表示變化范圍較小的設(shè)計(jì)參數(shù)，在精密計(jì)算與詳細(xì)分析的基礎(chǔ)上合理選擇設(shè)計(jì)變量。

（2）合理確定目標(biāo)函數(shù)

為了對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)優(yōu)化，確定相關(guān)目標(biāo)函數(shù)的環(huán)節(jié)必不可少。目標(biāo)函數(shù)主要包括鋼筋的截面積、失效概率、截面的幾何尺寸等。在一定的條件之下，目標(biāo)函數(shù)是可變的，確定建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)當(dāng)中的目標(biāo)函數(shù)，關(guān)鍵在于鋼筋的截面積、失效概率、截面的幾何尺寸等需要與預(yù)定條件相對(duì)應(yīng)，以降低建筑工程的造價(jià)。

（3）明確具體約束條件

針對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的具體約束條件進(jìn)行明確，有助于保證結(jié)構(gòu)的安全性與可靠性，一般而言，設(shè)計(jì)優(yōu)化的約束條件六個(gè)方面，具體為：構(gòu)件單元約束、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度約束、結(jié)構(gòu)體系約束、裂縫寬度約束、應(yīng)力約束、尺寸約束。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化當(dāng)中，約束條件并不是一成不變的，確定約束條件是一個(gè)動(dòng)態(tài)的過程。明確具體約束條件的有效方法是將實(shí)際約束條件與目標(biāo)約束條件進(jìn)行詳細(xì)的對(duì)比分析，如果各個(gè)約束條件均可達(dá)到相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，可實(shí)現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的整體優(yōu)化。

2.2設(shè)定計(jì)算方案

設(shè)定計(jì)算方案是優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，常見的計(jì)算方案主要有三種，分別是復(fù)合形法、拉氏乘子法以及Powell法。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化是基于可靠性之上進(jìn)行的，其中存在著部分復(fù)雜的多變量與線性優(yōu)化問題，設(shè)定計(jì)算方案，其根本目的在于將約束優(yōu)化問題轉(zhuǎn)變?yōu)闊o約束優(yōu)化問題，隨后進(jìn)行計(jì)算求解，以保證建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化質(zhì)量。

2.3設(shè)計(jì)相關(guān)程序

在房屋結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型以及計(jì)算方案的雙重指導(dǎo)之下，設(shè)計(jì)人員可設(shè)計(jì)綜合應(yīng)用程序，該應(yīng)用程序的主要特點(diǎn)應(yīng)當(dāng)包括兩個(gè)方面，一是功能齊全完備，二是運(yùn)算效率高。再將全部的計(jì)算結(jié)果加以比較分析的基礎(chǔ)上，可得出最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化過程當(dāng)中，一味注重節(jié)約建設(shè)成本的做法是不可取的，必須要立足于技術(shù)的角度，經(jīng)濟(jì)滿足技術(shù)，而技術(shù)兼顧經(jīng)濟(jì)，在兩者之間尋找到合適的平衡點(diǎn)，以滿足建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的客觀要求。

3.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)的應(yīng)用分析

3.1前期參與

前期參與是優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容，建筑工程的整體造價(jià)非常容易受到前期設(shè)計(jì)方案的影響，導(dǎo)致建筑工程的整體造價(jià)升高，影響了建筑企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。但是，大部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在這一點(diǎn)之上的重視程度都明顯不足，不注重前期的參與，將前期設(shè)計(jì)方案與建筑工程的整體造價(jià)分離開來。因此，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化過程應(yīng)當(dāng)注重前期的參與，以便選擇科學(xué)的設(shè)計(jì)方案以及結(jié)構(gòu)形式。

3.2結(jié)合細(xì)部結(jié)構(gòu)

在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化過程當(dāng)中，如果缺乏具體數(shù)值量化，建議采用概念設(shè)計(jì)的方法，所謂的概念設(shè)計(jì)即是在詳細(xì)的計(jì)算與分析的基礎(chǔ)上對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理的想象式設(shè)計(jì)。例如：在對(duì)地震烈度加以設(shè)防的過程當(dāng)中，鑒于其具有較大的不確定因素，要想找到跟實(shí)際情況相符合的計(jì)算方案是比較困難的，因此可以采用概念設(shè)計(jì)的方法，將理論數(shù)據(jù)作為設(shè)計(jì)的重要參考依據(jù)。除此之外，在設(shè)計(jì)的過程當(dāng)中，為了使設(shè)計(jì)方案達(dá)到最優(yōu)的狀態(tài)，以保證建筑結(jié)構(gòu)的安全性與觀賞性，設(shè)計(jì)人員在使用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的方法之時(shí)保持高度的靈活性，同時(shí)結(jié)合相應(yīng)的細(xì)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化，例如：現(xiàn)澆的混凝土板料非常容易出現(xiàn)開裂，尤其是其拐彎的部位，出現(xiàn)開裂的機(jī)率在85%以上。針對(duì)這個(gè)常規(guī)性的問題，可將混凝土板料澆筑成矩形板，對(duì)其進(jìn)行深度的簡(jiǎn)化，以解決其拐彎的部位容易發(fā)生開裂的問題。隨后根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況選用合適的鋼筋，鋼筋的直徑與強(qiáng)度都應(yīng)與建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案相對(duì)應(yīng)，如此既可滿足建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的基本要求，又可實(shí)現(xiàn)建筑工程的經(jīng)濟(jì)目的。

3.3優(yōu)化下部地基結(jié)構(gòu)

為了促使建筑結(jié)構(gòu)的下部地基結(jié)構(gòu)達(dá)到最優(yōu)的狀態(tài)，在方案的選取方面應(yīng)當(dāng)引起設(shè)計(jì)人員的高度重視，在樁基類型的選擇方面，必須要以筑工程施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際地質(zhì)條件為首要的選擇標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)為了降低建筑工程的整體造價(jià)，樁基類型以滿足建筑工程的安全性能與使用性能為主要的目的，不允許過分盲目追求高端的樁基技術(shù)與類型。對(duì)于灌注樁的樁長(zhǎng)度的選擇方面，其選擇的首要標(biāo)準(zhǔn)即是樁端持力層的厚度，厚度越大，灌注樁越長(zhǎng)，厚度越小，灌注樁越短。在將多種設(shè)計(jì)方案進(jìn)行詳細(xì)的分析與認(rèn)真的對(duì)比的基礎(chǔ)之上，選擇最優(yōu)的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。常規(guī)的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的房屋結(jié)構(gòu)形式可分為三種，分別是框架結(jié)構(gòu)、短肢剪力墻結(jié)構(gòu)、框架與短肢剪力墻融合結(jié)構(gòu)，三種結(jié)構(gòu)各有優(yōu)劣，設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)根據(jù)工程的實(shí)際情況，選用合適的房屋結(jié)構(gòu)形式，同時(shí)充分考慮建筑工程的后期效益，對(duì)設(shè)計(jì)方案加以最大程度的優(yōu)化處理。

4.結(jié)語

總而言之，針對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行全面的深度優(yōu)化具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，一則保證建筑工程的安全性能與使用壽命，二則降低了建筑工程的施工成本，提高了經(jīng)濟(jì)效益。但是，優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一項(xiàng)系統(tǒng)而復(fù)雜的工作，相關(guān)的設(shè)計(jì)人員必須要在充分理解結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法理論的基礎(chǔ)之上，明確結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中具體流程，繼而立足于前期參與、細(xì)部結(jié)構(gòu)、下部地基結(jié)構(gòu)等方面加以實(shí)際應(yīng)用，就建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)加以優(yōu)化，促進(jìn)我國(guó)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作的進(jìn)步。

參考文獻(xiàn)：

[1]王也."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)中的應(yīng)用[J]."中華民居（下旬刊），2013，03：81-82.

[2]張巖."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)中的應(yīng)用分析[J]."現(xiàn)代裝飾（理論），2014，06：180.

[3]王鵬."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[J]."中國(guó)建材科技，2014，04：162-163.

[4]鄒俊."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)中的現(xiàn)實(shí)應(yīng)用[J]."科技傳播，2010，19：139+132.