關(guān)于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化問題的一些思考

孟繁超　殷新

摘 要：任何一座質(zhì)量過關(guān)、性能良好的房屋，就是建筑工作者手下的藝術(shù)作品。房屋的設(shè)計者只有把建筑物的美學(xué)價值與建筑物的功能價值有機結(jié)合在一起，才能設(shè)計出外形美觀、質(zhì)量合格的房屋建筑。房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中包含著許多技巧，結(jié)構(gòu)設(shè)計的目標(biāo)是設(shè)計出耐用、美觀、質(zhì)量可靠的房屋結(jié)構(gòu)。優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方式，需要設(shè)計人員合理吸收優(yōu)秀的設(shè)計成果，并在此基礎(chǔ)上充分利用空間資源，最大程度地滿足房屋使用者的實際需要。

關(guān)鍵詞：建筑美學(xué)價值；建筑功能價值；建筑設(shè)計優(yōu)化

0.引言

建筑物的性能指標(biāo)包括很多。一棟合格的建筑物，應(yīng)該是外形美觀、結(jié)構(gòu)完整、質(zhì)量優(yōu)良的。房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計質(zhì)量的好壞，關(guān)系到建筑物整體功能的發(fā)揮。因此，我們有必要改革建筑設(shè)計理念，優(yōu)化建筑設(shè)計方案，盡最大努力滿足居民對房屋的功能需要和審美需要。優(yōu)質(zhì)的房屋計方案，應(yīng)當(dāng)能夠節(jié)約建筑成本，并方便施工人員進(jìn)行具體的施工操作；建筑方案的設(shè)計者要充分利用城市中的空間資源和其他資源，提高建筑物的實用性能、經(jīng)濟(jì)性能和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。房屋設(shè)計中的建筑物設(shè)計優(yōu)化技術(shù)，包括設(shè)計理念的優(yōu)化、設(shè)計方式的優(yōu)化以及設(shè)計技巧的優(yōu)化等。下面本文將對上述內(nèi)容進(jìn)行較為詳細(xì)地闡述。

1.建筑設(shè)計優(yōu)化的基本理論

房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計，是一項技術(shù)含量很高的專業(yè)性活動。設(shè)計人員在進(jìn)行具體房屋結(jié)構(gòu)的設(shè)計時，應(yīng)當(dāng)兼顧建筑物的各種性能指標(biāo)，包括使用價值指標(biāo)、美學(xué)價值指標(biāo)等。建筑物的功能價值，指的是建筑物作為人們的日常住所所必須具有的遮擋風(fēng)雨、抗溫度變化等基本功能；建筑物的審美價值，指的是建筑物的外形要美觀、結(jié)構(gòu)搭配要協(xié)調(diào)，從而給人以美的享受。設(shè)計者不僅要考慮到房屋的基本性能，還要考慮到房屋的結(jié)構(gòu)搭配以及美學(xué)價值的大小。在這樣的設(shè)計理念指引下，設(shè)計者就要從擬定的多種方案中選擇一種最佳的方案，以實現(xiàn)房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計的綜合目標(biāo)。我們可以將這個方案篩選過程用科學(xué)化方式加以表達(dá)：運用建筑學(xué)和相關(guān)的數(shù)學(xué)知識，在許多種設(shè)計方案中，選擇一種與設(shè)計目標(biāo)最相符的、最能體現(xiàn)居住者需要的設(shè)計方案。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化，指的是在設(shè)計建筑結(jié)構(gòu)時，要改革設(shè)計理念，應(yīng)用科學(xué)、先進(jìn)的設(shè)計方案篩選方式，選擇出在各方面都能達(dá)到最佳效果的設(shè)計方法。建筑物內(nèi)部的結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，要將建筑物的各個部分完美組合在一起，使建筑物發(fā)揮最佳的功能，并不是一件容易的事情。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化，具體包括建筑物中各個部分結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化，以及建筑物整體設(shè)計結(jié)構(gòu)的優(yōu)化。在這兩個部分中，建筑物整體結(jié)構(gòu)的優(yōu)化顯得更為重要，因為整體是各個部分的綜合，在完善房屋功能方面發(fā)揮著更大的作用。具體來說，建筑物整體結(jié)構(gòu)的優(yōu)化包括房屋頂部設(shè)計的優(yōu)化、房屋外圍設(shè)計的優(yōu)化，以及房屋細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化。在這三個大部分中，還可以細(xì)分出型號選擇、布局設(shè)置、受力研究、價格衡量等較小的設(shè)計項目。在實際的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，設(shè)計者還要緊密結(jié)合建筑工程的實際情況，努力實現(xiàn)房屋建造的經(jīng)濟(jì)效益、社會效益和環(huán)境效益。在確保房屋結(jié)構(gòu)性能穩(wěn)定的前提下，設(shè)計者要大膽創(chuàng)新，敢于探索新型的結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案。

2.房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化措施

建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化中的房屋整體設(shè)計優(yōu)化可以分為三個階段：

（1）第一階段是變量的選擇。通常情況下，對設(shè)計人員決定最終設(shè)計方案起到重要作用的那些數(shù)值，都可以作為變量供設(shè)計者選擇。例如：工程的目標(biāo)參數(shù)包括房屋價格參數(shù)和預(yù)期產(chǎn)生的損失參數(shù)；工程的控制與約束參數(shù)包括表示房屋架構(gòu)可靠性能的參數(shù)，等等。如果設(shè)計者能夠?qū)⒆兓容^小或者考慮因素較少的參數(shù)作為參考指標(biāo)，那么與建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計、編程和計算有關(guān)的工作難度將會降低，設(shè)計者也可以更快找到符合設(shè)計目標(biāo)的那一組數(shù)據(jù)。

（2）第二階段是函數(shù)的確定。設(shè)計者要在多組相似的函數(shù)中，選取最符合事先設(shè)定的房屋橫截面尺寸和鋼筋尺寸面積的那一組函數(shù)，分析這組函數(shù)的各種性質(zhì)，從而最大限度地降低房屋建造的成本費用。

（3）第三階段是條件的衡量。出于增強房屋結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和耐用性的考慮，房屋設(shè)計的約束指標(biāo)應(yīng)當(dāng)包括房屋尺寸、架構(gòu)穩(wěn)定性、架構(gòu)剛性、受力限度和變形限度、墻體裂隙限度、單元組件規(guī)格、架構(gòu)體系規(guī)格、結(jié)構(gòu)可塑程度、結(jié)構(gòu)確定程度等。在實際的設(shè)計過程中，設(shè)計者應(yīng)當(dāng)結(jié)合房屋建造工程的具體情況，分析比較施工實際中的約束性條件和目標(biāo)確定的約束性條件，確保各種條件都能符合相關(guān)規(guī)定要求，以便實現(xiàn)設(shè)計結(jié)果的最優(yōu)。

3.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)計結(jié)論，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。在分析結(jié)論時，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)。

結(jié)語：房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化，是一個涉及到各種因素的決策過程，也是一個綜合性很強的技術(shù)篩選過程。耐用、實惠、舒適、美觀和安全，是房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計的幾種重要目標(biāo)；這些重要價值是相互聯(lián)系、相輔相成的，而不應(yīng)當(dāng)是彼此矛盾的。設(shè)計者應(yīng)當(dāng)綜合考慮房屋的各種性能，選擇最有助于實現(xiàn)房屋建筑綜合效益的設(shè)計方案。