探究現(xiàn)代房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法

摘要：近十年來(lái)，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)，我國(guó)的城市建設(shè)已日新月異。由于人們生活水平和對(duì)生活環(huán)境要求的提高，所以現(xiàn)代建筑的使用價(jià)值不僅要過(guò)硬，而且還得具備一定的藝術(shù)感。在現(xiàn)代房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，安全、施工便利、經(jīng)濟(jì)適、實(shí)用等是最為關(guān)鍵的幾個(gè)問(wèn)題，本文結(jié)合作者近年工作實(shí)際，首先闡述了現(xiàn)代房屋結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的方式和重要意義，著重探討了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方式在現(xiàn)代房屋建筑中應(yīng)用，以達(dá)到充分了解現(xiàn)代房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化方法。

關(guān)鍵詞：房屋結(jié)構(gòu)；優(yōu)化設(shè)計(jì)；方法；應(yīng)用研究

一、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化方式的理論體現(xiàn)

隨著人們對(duì)生活環(huán)境的要求越來(lái)越高，在現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，不僅要考慮其安全性及基本功能的健全性，好需要考慮到建筑本身的藝術(shù)感和美觀，這就需要充分體現(xiàn)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。從理論上對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的相關(guān)優(yōu)化方式進(jìn)行分析，我們可知，建筑結(jié)構(gòu)的的設(shè)計(jì)優(yōu)化方式在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中，主要體現(xiàn)在房屋工程總體的優(yōu)化還有房屋工程分層結(jié)構(gòu)的優(yōu)化上。對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)的整體設(shè)計(jì)，我們需要盡量減少質(zhì)量中心和建筑剛度中心的相關(guān)性差異，而且建筑整體的平面結(jié)構(gòu)要保持對(duì)稱性和規(guī)則性，但是這些結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的理念要基本上滿足建筑設(shè)計(jì)師的設(shè)計(jì)要求。在滿足建筑物本身的功能下，在垂直方向的設(shè)計(jì)要盡量讓同方向的相應(yīng)承重構(gòu)件達(dá)到上下相通；而且為了降低在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上的難度，要盡量減少轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的使用。在垂直方向的設(shè)計(jì)上還得充分考慮剛度的相關(guān)要求，剛度的變化要保持簡(jiǎn)便性而不是突變性，否則一旦出現(xiàn)剛度的突變會(huì)嚴(yán)重影響建筑結(jié)構(gòu)在抵抗水平方向上的動(dòng)力載荷作用。

二、房屋建筑領(lǐng)域結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方式的重要性

近年來(lái)，我國(guó)的建筑行業(yè)得到了長(zhǎng)足的發(fā)展。目前，高層、超高層建筑如雨后春筍般涌現(xiàn)出來(lái)，在如何控制投資成本的情況下，還要保證建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)符合大眾要求成為相關(guān)工作人員及企業(yè)關(guān)注的問(wèn)題。如果相關(guān)企業(yè)要想對(duì)房屋建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，設(shè)計(jì)方應(yīng)該在保證質(zhì)量合格的前提下，對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行系統(tǒng)化分析，應(yīng)用先進(jìn)的技術(shù)理念與設(shè)計(jì)觀念對(duì)工程建筑進(jìn)行總體的管理，從而合理地控制建筑工程的造價(jià)問(wèn)題。事實(shí)表明，如果設(shè)計(jì)者能將施工的技術(shù)與經(jīng)濟(jì)效益做到緊密相連，規(guī)劃出科學(xué)的設(shè)計(jì)方案，就可以保證建筑企業(yè)獲得最大的經(jīng)濟(jì)收益。因此，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的科學(xué)優(yōu)化能夠更加全面地發(fā)揮機(jī)械設(shè)備以及建筑材料的性能，與以往的設(shè)計(jì)相比較會(huì)更具有優(yōu)勢(shì)。而且進(jìn)行合理優(yōu)化時(shí)能夠降低相應(yīng)的造價(jià)投入，為企業(yè)的整體獲取更大化的利益。同時(shí)對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化還能將房屋結(jié)構(gòu)的層次進(jìn)行系統(tǒng)性的結(jié)合，加強(qiáng)房屋質(zhì)量的提高，更大程度地保證居民的居住安全。由此看來(lái)，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)的優(yōu)化是提高居民居住安全、為企業(yè)創(chuàng)造最大利益的重要方式之一。

三、建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化方式在房屋建設(shè)應(yīng)用上的具體步驟

1.創(chuàng)建建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化模型

（1）合理化、科學(xué)化選擇設(shè)計(jì)的變量

在現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，選擇變量的時(shí)候，通常將影響建筑自身結(jié)構(gòu)的參數(shù)作為變量。例如嚴(yán)格控制目標(biāo)的相關(guān)參數(shù)值（建筑損失的期望值c2、建筑結(jié)構(gòu)造價(jià)值c1）、建筑約束控制的相關(guān)參數(shù)值（建筑結(jié)構(gòu)的相對(duì)可靠度ps）等。對(duì)于一些影響并不是太大的、變化范圍很小或者由局部性相關(guān)要素就能滿足設(shè)計(jì)要求的一部分參數(shù)，我們一般是通過(guò)預(yù)定式參數(shù)進(jìn)行表示，這樣一來(lái)就能減少我們相應(yīng)的設(shè)計(jì)數(shù)量與計(jì)算數(shù)量，還可以相應(yīng)的減少編程的工作量，進(jìn)而提升工作效率。

（2）確定相應(yīng)的目標(biāo)函數(shù)

對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，必須找到一組符合預(yù)定條件的相應(yīng)尺寸的鋼筋截面面積，以及已經(jīng)失效的概率函數(shù)，這樣能使建筑工程的整體造價(jià)達(dá)到最少。

2.科學(xué)設(shè)定優(yōu)化設(shè)計(jì)的相關(guān)方案

依據(jù)可靠度而開(kāi)始進(jìn)行房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化通常都具有很多約束條件，有時(shí)會(huì)遇到非線性的相關(guān)優(yōu)化問(wèn)題。所以在相應(yīng)的計(jì)算中，會(huì)進(jìn)行相應(yīng)的轉(zhuǎn)換，將有約束的優(yōu)化轉(zhuǎn)化成無(wú)約束的優(yōu)化，而相關(guān)的計(jì)算、方式有拉式乘子法、powell 法等。

3.設(shè)計(jì)相關(guān)應(yīng)用程序

依據(jù)可靠度而開(kāi)始進(jìn)行房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化基本模型，以及在設(shè)計(jì)時(shí)運(yùn)用的相應(yīng)的計(jì)算方式，為了可以更好地實(shí)現(xiàn)其效果，能夠?qū)⑦@些編纂成一個(gè)運(yùn)算速度較快而且功能全面的綜合性、科學(xué)性的應(yīng)用程序。這樣能使整個(gè)優(yōu)化設(shè)計(jì)更加全面地、有效率地進(jìn)行實(shí)施。

4.綜合結(jié)果分析

在得出一定的計(jì)算結(jié)果之后要對(duì)其進(jìn)行一個(gè)必要性的分析和比較，然后再折中選擇一個(gè)效果最佳的設(shè)計(jì)方案。在分析的過(guò)程中，我們務(wù)必要全面考慮相關(guān)的問(wèn)題，而且對(duì)相應(yīng)的問(wèn)題要多角度分析。這一步在整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中是至關(guān)重要的，選擇一個(gè)合理的設(shè)計(jì)方案能夠保證房屋建筑整體的美觀感、安全性以及實(shí)用合理性，同時(shí)還能影響工程整體施工的資金投入。

四、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方式在房屋建筑領(lǐng)域的具體應(yīng)用

1.房屋建筑的整體性與局部性優(yōu)化

建筑在設(shè)計(jì)上都具備著相應(yīng)的層次性和復(fù)雜性的特點(diǎn)。從層次性角度講，包含著建筑的整體設(shè)計(jì)體系、結(jié)構(gòu)相關(guān)體系、安裝體系等，每一個(gè)單獨(dú)的體系又包含了眾多的下屬體系。在對(duì)房屋進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)者要對(duì)每一個(gè)下屬系統(tǒng)地進(jìn)行相應(yīng)的優(yōu)化，沖破關(guān)聯(lián)的橫向性，實(shí)現(xiàn)疊加型工程；對(duì)于復(fù)雜性來(lái)講，主要包含選取建筑的材料、選取建筑的零部件等。因此在進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化時(shí)要從整體入手，才能真正實(shí)現(xiàn)整體的設(shè)計(jì)優(yōu)化。

2.建筑壽命優(yōu)化與階段性優(yōu)化

在工程的使用年限內(nèi)，對(duì)每一階段都要進(jìn)行相應(yīng)的方案優(yōu)化。房屋的設(shè)計(jì)者要考察各個(gè)階段的特點(diǎn)，根據(jù)實(shí)際結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化方式的確定，從而可以對(duì)工程的整體壽命進(jìn)行科學(xué)的優(yōu)化。這樣，既保證了建筑質(zhì)量，又提高了建筑企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

3.樁基礎(chǔ)的具體優(yōu)化

建筑中的樁基礎(chǔ)能夠分為灌注樁和預(yù)制樁。灌注樁在整體施工時(shí)的質(zhì)量較為難控制，而且操作的技巧復(fù)雜，時(shí)間還較長(zhǎng)。因此在沉降符合標(biāo)準(zhǔn)的前提下，要加入預(yù)制樁的施工，從而減少相應(yīng)的工序。而且要注意，在伴隨著樁基不斷加深，土壤本身對(duì)裝機(jī)的摩擦逐漸增大，務(wù)必要選擇較長(zhǎng)的預(yù)制樁。

4.對(duì)建筑主體上部結(jié)構(gòu)進(jìn)行的科學(xué)性優(yōu)化

房屋建筑的上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)建立相應(yīng)的模型并進(jìn)行系統(tǒng)的優(yōu)化。整個(gè)過(guò)程最先一步就應(yīng)當(dāng)合理地設(shè)置剪力墻，保證剪力墻整體的質(zhì)量是均勻的，這樣能將樓層中平面剛度的中心點(diǎn)重合于樓層整體的結(jié)構(gòu)重心，從而減少地震或者風(fēng)力等對(duì)其的破壞性。在房屋建設(shè)時(shí)，如果條件允許，要盡可能地對(duì)剪力墻進(jìn)行大開(kāi)間的構(gòu)造，加長(zhǎng)剪力墻的墻肢長(zhǎng)度，這樣就能減少墻肢的數(shù)量，還能在符合標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上減少混凝土的使用。另外，剪力墻里的暗柱是拿一般性鋼材鑄造而成，如果采用較大的剪力墻就可以減少相對(duì)的鋼筋使用數(shù)量，減少相應(yīng)的成本。然而如果建筑的本身不具有相應(yīng)的條件，而且對(duì)于抗震抗壓的要求較高，就不得構(gòu)造過(guò)大的剪力墻。

結(jié)束語(yǔ)：

對(duì)房屋結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化有著最基本的目的，就是保證建筑本身的功能，提高建筑主體的質(zhì)量，提升建筑的環(huán)保能力，增加建筑企業(yè)的經(jīng)濟(jì)收益。如果要想達(dá)到這樣的一個(gè)目標(biāo)，就需要房屋建筑的設(shè)計(jì)者積極提高自我的知識(shí)水平，要在原有的基礎(chǔ)上開(kāi)拓創(chuàng)新，主動(dòng)為人民居住的房屋提供安全性的保障。因此，筆者認(rèn)為建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化方式在整個(gè)房屋的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用是有著非常重要的地位的，是值得每個(gè)設(shè)計(jì)者深思的。

參考文獻(xiàn)：

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