房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的優(yōu)化技術(shù)應(yīng)用研究

葛 洋

（香港華藝設(shè)計(jì)顧問(wèn)（深圳）有限公司南京分公司，江蘇 南京 210037）

房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的優(yōu)化技術(shù)應(yīng)用研究

葛 洋

（香港華藝設(shè)計(jì)顧問(wèn)（深圳）有限公司南京分公司，江蘇 南京 210037）

隨著房地產(chǎn)業(yè)的迅速崛起，房屋的相關(guān)設(shè)計(jì)研究也在逐步地跟上社會(huì)的發(fā)展需要，朝著高質(zhì)量的方向發(fā)展，房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的優(yōu)化技術(shù)也逐步受到人們的重視。為了對(duì)房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的優(yōu)化技術(shù)應(yīng)用進(jìn)行研究，本文首先分析了房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的優(yōu)化技術(shù)應(yīng)用中應(yīng)考慮的問(wèn)題，并根據(jù)當(dāng)前房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的優(yōu)化技術(shù)應(yīng)用問(wèn)題，提出具體的優(yōu)化技術(shù)要領(lǐng)以及相應(yīng)的注意問(wèn)題。

房屋建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；優(yōu)化技術(shù)應(yīng)用

隨著人們生活水平的提高，人們對(duì)房屋的質(zhì)量也提出更高的要求，在房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的優(yōu)化技術(shù)應(yīng)用中要解決的問(wèn)題也隨之增加。在結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中調(diào)節(jié)各方面的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)建筑物的最大效益，成為建筑設(shè)計(jì)者著重考慮的問(wèn)題，而如何運(yùn)用房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的優(yōu)化技術(shù)以滿足當(dāng)下人們對(duì)于房屋建筑的需要也在建筑設(shè)計(jì)者的考慮范圍之內(nèi)。

1. 屋建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)中應(yīng)考慮的問(wèn)題

在進(jìn)行房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮到優(yōu)化技術(shù)所包含的各方面，分析房屋建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)中應(yīng)考慮的問(wèn)題。

1.1 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程中的問(wèn)題

應(yīng)用房屋建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)以達(dá)到設(shè)計(jì)的最大化效果，將房屋建筑的安全性、功能性、美觀實(shí)用性等考慮在內(nèi)，運(yùn)用優(yōu)化技術(shù)設(shè)計(jì)出人們滿意的房屋建筑結(jié)構(gòu)。在整個(gè)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中，首先應(yīng)對(duì)整個(gè)的房屋建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，并運(yùn)用優(yōu)化技術(shù)對(duì)一些結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問(wèn)題進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)；其次將房屋建筑結(jié)構(gòu)中的每個(gè)部分進(jìn)行優(yōu)化分析，并針對(duì)每個(gè)部分的特點(diǎn)進(jìn)行改進(jìn)；最后對(duì)房屋結(jié)構(gòu)中的各部分進(jìn)行細(xì)分，對(duì)細(xì)部結(jié)構(gòu)、主體結(jié)構(gòu)等進(jìn)行細(xì)致化的優(yōu)化分析，使得房屋建筑結(jié)構(gòu)中的每個(gè)單位都能得到優(yōu)化改進(jìn)。

1.2 基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的問(wèn)題

在進(jìn)行房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，大多數(shù)工程師未對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的地質(zhì)條件有個(gè)清楚的認(rèn)識(shí)，只是根據(jù)建筑單位提供的基本地質(zhì)資料和自己的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，從而存在一定的片面性和盲目性。在對(duì)地基進(jìn)行處理時(shí)，對(duì)于軟弱地基，有些設(shè)計(jì)工程師也是憑借自己幾年的工作經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行施工，而且一般會(huì)選擇比較低的施工成本來(lái)進(jìn)行地基的換填工作，為充分考慮地基的承載能力。在進(jìn)行地基結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，未對(duì)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的承載能力進(jìn)行核算，從而導(dǎo)致房屋容易出現(xiàn)坍塌現(xiàn)象。

1.3 框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題

大部分房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員，在進(jìn)行框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)橫向框架的設(shè)計(jì)給予了特殊的關(guān)注，從而忽略了縱向框架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。實(shí)際上，房屋建筑結(jié)構(gòu)的承載力一般來(lái)源于水平和垂直兩個(gè)方面。尤其是在進(jìn)行房屋抗震設(shè)計(jì)時(shí)，框架結(jié)構(gòu)需要分別計(jì)算出兩個(gè)主軸方向的承載力，但是有些設(shè)計(jì)師卻忽略了抗震因素，將縱向承載力按照普通的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，從而導(dǎo)致房屋的承載能力大幅降低，安全性大大降低。

2 房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中優(yōu)化技術(shù)的應(yīng)用

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)的應(yīng)用能提高資源的利用率，增加開(kāi)發(fā)商的經(jīng)濟(jì)效益，也能更好地滿足建筑用戶的生產(chǎn)、生活需求，因而建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)的應(yīng)用有其必要性。

2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模型的優(yōu)化

數(shù)學(xué)知識(shí)是進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化最基礎(chǔ)的環(huán)節(jié)，在進(jìn)行設(shè)計(jì)階段，最好根據(jù)實(shí)際情況來(lái)建立數(shù)學(xué)模型，采用科學(xué)、合理的方法對(duì)其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)總體進(jìn)行優(yōu)化，因此，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模型優(yōu)化的具體步驟如下：（1）合理的選擇設(shè)計(jì)變量；（2）確定目標(biāo)函數(shù)；（3）確定約束條件。

2.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方案

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化屬于非線性問(wèn)題，其涉及到的約束條件和變量比較多。在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，可以用無(wú)約束條件來(lái)替代有約束條件進(jìn)行計(jì)算，具體的方法有拉氏乘子法、符合型法以及Powell等方法。在設(shè)定完結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，要編制相應(yīng)的運(yùn)算程序即可獲得結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的最優(yōu)方案。

2.3 概念設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)應(yīng)用

在應(yīng)用優(yōu)化技術(shù)時(shí)并不能完全依賴計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)軟件，而應(yīng)將計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)與人工設(shè)計(jì)相結(jié)合，充分發(fā)揮概念設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)的效用。在建筑物的的各類材料進(jìn)行優(yōu)化選擇時(shí)就應(yīng)結(jié)合各類材料的優(yōu)缺點(diǎn)，以人工的方式進(jìn)行選擇，在設(shè)計(jì)參數(shù)上，設(shè)計(jì)人員也應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行優(yōu)化利用而不是依賴計(jì)算機(jī)的分析。因?yàn)橛?jì)算機(jī)雖然能對(duì)各類數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算設(shè)計(jì)但不能根據(jù)實(shí)際的建筑物需求設(shè)計(jì)出完全符合實(shí)際需要的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，因此應(yīng)靈活地運(yùn)用計(jì)算機(jī)，將計(jì)算機(jī)技術(shù)與實(shí)際情況相結(jié)合，而最終的設(shè)計(jì)還是應(yīng)由建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員來(lái)分析改進(jìn)，合理運(yùn)用概念設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)。

2.4 具體情況的優(yōu)化技術(shù)應(yīng)用

安全性要求是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中最基本的要求，只有在保證安全性的前提下才有可能談及建筑物的其他性能。房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的優(yōu)化技術(shù)運(yùn)用在于能最大化地減少成本的支出的同時(shí)提高房屋建筑各方面性能，增加房屋的安全性以及使用年限。增加建筑物的安全性的一個(gè)重要問(wèn)題就是在建筑物遭受外部作用的情況下仍能繼續(xù)使用而不會(huì)危及到用戶的生命財(cái)產(chǎn)安全。通過(guò)概念設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)增加建筑物的外部抵抗力，使建筑物在各類復(fù)雜的環(huán)境中都不會(huì)受到影響。而在這些外部因素影響中，地震這類不能具體預(yù)測(cè)時(shí)間地點(diǎn)的災(zāi)難性傷害是最大的，因此應(yīng)通過(guò)優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，利用優(yōu)化技術(shù)來(lái)提高建筑物的抗震性能。在房屋建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中最好將建筑物設(shè)計(jì)成對(duì)稱的形狀來(lái)增加建筑物的穩(wěn)定性，對(duì)稱的設(shè)計(jì)形狀能讓建筑物承受的荷載均勻地作用在建筑物上還可以增加建筑物的延性減小建筑物的危險(xiǎn)截面，提高建筑物的抗震性能。但在遇到高強(qiáng)度的地震時(shí)，建筑物的損傷也更大，但可以利用多層設(shè)防來(lái)防止地震對(duì)建筑物造成破壞，地震首先作用于次要的構(gòu)件，而主要構(gòu)件則能保持穩(wěn)定性，因而主要構(gòu)件能對(duì)次要構(gòu)件起到保護(hù)作用，最終防止地震對(duì)建筑物造成破壞。

3 房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中優(yōu)化技術(shù)應(yīng)用的注意要點(diǎn)

在對(duì)房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中優(yōu)化技術(shù)進(jìn)行具體的應(yīng)用時(shí)一定要注意一些容易忽略的要點(diǎn)，這樣才能將優(yōu)化技術(shù)應(yīng)用到最理想的狀態(tài)，增強(qiáng)建筑物各方面的性能。

3.1 注意前期技術(shù)優(yōu)化的應(yīng)用

上文已提過(guò)前期中利用優(yōu)化技術(shù)對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的重要性，建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案關(guān)系著后續(xù)工程的開(kāi)展實(shí)施還影響著建筑物的經(jīng)濟(jì)效益，所以前期中對(duì)建筑物的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)可以減少后期一些不合理費(fèi)用的支出也能使整個(gè)工程的開(kāi)展按計(jì)劃進(jìn)行。在利用優(yōu)化技術(shù)時(shí)注意在前期的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案中的使用，優(yōu)化建筑物結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案，增加經(jīng)濟(jì)效益。

3.2 結(jié)構(gòu)細(xì)化中的合理應(yīng)用

建筑物的主體部分固然重要，但建筑物各組成部分的優(yōu)化設(shè)計(jì)也相當(dāng)重要，只有保證整體結(jié)構(gòu)的基本構(gòu)件設(shè)計(jì)的合理性才能更好地滿足建筑物用戶的需求，實(shí)現(xiàn)整個(gè)建筑物結(jié)構(gòu)的優(yōu)化。在建筑物結(jié)構(gòu)細(xì)化部分的應(yīng)用中應(yīng)注意精細(xì)化，利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行必要的優(yōu)化，對(duì)相關(guān)的設(shè)計(jì)人員進(jìn)行培訓(xùn)，提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員利用數(shù)字化技術(shù)的能力，在工作中注重對(duì)建筑物的各部件進(jìn)行優(yōu)化技術(shù)的應(yīng)用，提高建筑物結(jié)構(gòu)的合理性。

房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中優(yōu)化技術(shù)的應(yīng)用是必要的，無(wú)論是在經(jīng)濟(jì)效益方面還是在滿足用戶的需求方面都有一定的作用，因而建筑企業(yè)應(yīng)加強(qiáng)優(yōu)化技術(shù)的應(yīng)用，在實(shí)際的工作中提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員應(yīng)用優(yōu)化技術(shù)的能力，提高建筑物的質(zhì)量。在當(dāng)前建筑行業(yè)迅猛發(fā)展，競(jìng)爭(zhēng)激烈的情況下，利用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中優(yōu)化技術(shù)來(lái)吸引客戶，增加建筑企業(yè)的實(shí)際效益。

[1]吳強(qiáng).房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)用優(yōu)化技術(shù)的探討[J].建材與裝飾,2013,(29):22-23.

[2]陳三元.談房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中優(yōu)化技術(shù)應(yīng)用[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì),2014,(33):816-816.

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1007-6344（2015）10-0130-01