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)用研究（二）

謝文韜 王大闖

【摘 要】房屋設(shè)計(jì)的優(yōu)化主要是針對(duì)在設(shè)計(jì)房屋的構(gòu)造時(shí)合理設(shè)計(jì)建造設(shè)計(jì)的各個(gè)因素，是房屋建筑設(shè)計(jì)中的各個(gè)因素如經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、美觀、造價(jià)等方面得到協(xié)調(diào)。一方面，在進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)要合理考慮建筑的實(shí)用性的問題。第二是在滿足人們的生活需求的同時(shí)也要把經(jīng)濟(jì)和造價(jià)的因素考慮進(jìn)去，合理進(jìn)行建筑的造價(jià)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)低價(jià)打造高質(zhì)量建筑的要求。

【關(guān)鍵詞】建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；優(yōu)化方法；應(yīng)用

一、房屋建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化技術(shù)的內(nèi)容

在對(duì)房屋進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的時(shí)候首先需要了解優(yōu)化設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容，一般來說，優(yōu)化內(nèi)容主要包括主體結(jié)構(gòu)及子結(jié)構(gòu)。首先分析主結(jié)構(gòu)，主結(jié)構(gòu)就如同人的神經(jīng)中樞，如果主結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)出現(xiàn)問題，整個(gè)建筑物都將危機(jī)重重，對(duì)主結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)及改進(jìn)；其次是子結(jié)構(gòu)，子結(jié)構(gòu)又包括屋蓋結(jié)構(gòu)及下部的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)部分，將子結(jié)構(gòu)比喻成人體神經(jīng)中樞中的神經(jīng)末梢實(shí)不為過，因?yàn)槿绻咏Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，將影響主結(jié)構(gòu)的平穩(wěn)性，設(shè)計(jì)師需要對(duì)子結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化與調(diào)整，讓它們與主結(jié)構(gòu)更匹配，更美觀。

二、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的方法及意義

1、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的方法

在對(duì)房屋的建筑進(jìn)行優(yōu)化時(shí)要注意從房屋的各個(gè)層面進(jìn)行優(yōu)化，房屋的優(yōu)化設(shè)計(jì)主要包括房頂、周圍的支護(hù)部分、房屋的基礎(chǔ)部分等幾個(gè)方面。充分保證房屋的各個(gè)部分都進(jìn)行了結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，從部分到整體的優(yōu)化的方式是目前的房屋設(shè)計(jì)采取的一種比較可行的方法。此外，在對(duì)房屋的各個(gè)部分的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化后，整體的房屋的結(jié)構(gòu)質(zhì)量和優(yōu)化質(zhì)量也得到了一定程度的保證。優(yōu)化設(shè)計(jì)需要在一定的理論和實(shí)際操作的基礎(chǔ)上來進(jìn)行，合理計(jì)劃房屋的優(yōu)化措施，調(diào)查研究房屋的優(yōu)化的最佳手段，這對(duì)于房屋的整體設(shè)計(jì)質(zhì)量以及房屋的造價(jià)評(píng)估都有一定的幫助。對(duì)房屋的設(shè)計(jì)和建筑進(jìn)行造價(jià)的合理評(píng)估有利于房屋建筑的造價(jià)的節(jié)約，有利于節(jié)約資源。

2、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的意義

實(shí)施房屋的優(yōu)化設(shè)計(jì)不僅僅可以滿足當(dāng)前的節(jié)約資源的需求，同時(shí)也使房屋的建筑質(zhì)量得到了保障，使建筑的房屋具有高質(zhì)量、高層次的特點(diǎn)。在進(jìn)行建筑的優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，并不是僅僅局限于節(jié)約資源、降低房屋的建筑成本這一個(gè)方面來進(jìn)行設(shè)計(jì)的，從上文可以知道，房屋建筑的優(yōu)化設(shè)計(jì)是多層面的，它是著手于房屋的經(jīng)濟(jì)、美觀、實(shí)用等多方面的要求來進(jìn)行設(shè)計(jì)的。

三、房屋設(shè)計(jì)中建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的技術(shù)

1、概念設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)與房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化相結(jié)合

概念設(shè)計(jì)是相關(guān)建筑技術(shù)人員通常采用的一種建筑設(shè)計(jì)手段之一，這種方法是設(shè)計(jì)者先提出多個(gè)房屋設(shè)計(jì)方案，這些方案可以從不同的角度進(jìn)行設(shè)計(jì)，可以有針對(duì)房屋風(fēng)格、房屋的造價(jià)、房屋的實(shí)用性等方面來進(jìn)行設(shè)計(jì)，然后在提出的多種方案中綜合考慮找到最能夠體現(xiàn)房屋設(shè)計(jì)的優(yōu)化理念的一種方案。通常，技術(shù)人員會(huì)結(jié)合建筑的實(shí)際的場所，以及建筑的特點(diǎn)來選用最佳的方案。采取概念設(shè)計(jì)的方法來進(jìn)行房屋設(shè)計(jì)的建筑優(yōu)化能夠起到從優(yōu)中篩選出最佳的效果，一般選出的設(shè)計(jì)方案都能夠滿足建筑優(yōu)化的要求。選取的過程需要相關(guān)的建筑設(shè)計(jì)人員綜合性考慮并分析，這樣才能滿足房屋的優(yōu)化設(shè)計(jì)理念。

2、概念設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)與實(shí)際建筑的設(shè)計(jì)問題相結(jié)合

近年來，我國多個(gè)地區(qū)發(fā)生了不同級(jí)別的地震，這對(duì)我國人民的生活以社會(huì)的發(fā)展都有一定的限制，地震導(dǎo)致了多起因房屋建筑質(zhì)量不到位而引發(fā)悲劇。房屋建筑的抗震優(yōu)化應(yīng)該被充分地重視起來，結(jié)合抗震的設(shè)計(jì)方案和房屋整體的設(shè)計(jì)來進(jìn)行房屋的建筑設(shè)計(jì)，這樣才能保障房屋的抗震性能。

因?yàn)榈卣鸩豢深A(yù)料，地震的級(jí)別以及區(qū)域更是不確定的，因此，很難根據(jù)一個(gè)地區(qū)的實(shí)際情況來進(jìn)行抗震的設(shè)計(jì)。這時(shí)可采用概念設(shè)計(jì)的方法來進(jìn)行房屋的建筑設(shè)計(jì)，綜合考慮房屋的各方面的設(shè)計(jì)因素。在抗震的設(shè)計(jì)中至少要能夠保障以下幾點(diǎn)：房屋在遇到級(jí)別小的地震時(shí)能夠不被破壞；遇到中級(jí)的地震能夠保持不倒而進(jìn)一步地進(jìn)行修復(fù)；遇到大級(jí)別的地震時(shí)房屋能夠不被地震震倒，防止因?yàn)榉课萁ㄖ脑蛟斐扇藛T傷亡。

在進(jìn)行房屋的優(yōu)化建筑的理念中常見的一種為多道設(shè)防，這種方案是為了減輕房屋倒塌對(duì)于人們的影響。這種理念具體是在發(fā)生地震時(shí)，房屋的主要的骨架部分非常堅(jiān)固，沒有倒塌，只是房屋的一些次要的部分發(fā)生不同程度的損壞。在進(jìn)行房屋建筑設(shè)計(jì)的優(yōu)化時(shí)結(jié)合兩種理念即概念設(shè)計(jì)和多道設(shè)防思想，盡可能做到最大限度的地震防護(hù)。

四、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)中的步驟

房屋工程結(jié)構(gòu)優(yōu)化通常包括以下幾個(gè)方面：基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)方案的優(yōu)化設(shè)計(jì)、屋蓋系統(tǒng)方案的優(yōu)化設(shè)計(jì)、維護(hù)結(jié)構(gòu)方案的優(yōu)化設(shè)計(jì)以及結(jié)構(gòu)細(xì)部設(shè)計(jì)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。這些方面的設(shè)計(jì)優(yōu)化內(nèi)容還包括選型、受力分析、造價(jià)分析等，在實(shí)際的施工中密切的結(jié)合實(shí)際的施工情況，追求優(yōu)化的實(shí)際應(yīng)用性，圍繞提升房屋的綜合價(jià)值進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。使設(shè)計(jì)出來的房屋造型美觀同時(shí)還能夠滿足人們對(duì)于安全、經(jīng)濟(jì)的要求，設(shè)計(jì)出真正的經(jīng)濟(jì)適用房。

1、建立結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型

結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)通常情況下分為兩部分，一部分是結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)模型，另一部分就是結(jié)構(gòu)優(yōu)化計(jì)算方案。所謂的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化就是變量中選擇出主要的參數(shù)，然后根據(jù)數(shù)據(jù)分析建立起函數(shù)模型，運(yùn)用函數(shù)模型借助較為科學(xué)的方法計(jì)算出最優(yōu)解。建立模型的步驟一般有以下幾步：一、選擇合理的設(shè)計(jì)變量。設(shè)計(jì)變量的選擇對(duì)于模型的構(gòu)建具有重要的意義，設(shè)計(jì)變量的選擇將會(huì)影響到對(duì)設(shè)計(jì)要求影響較大的參數(shù)的選擇，進(jìn)一步涉及到參數(shù)重要性的區(qū)分問題。選擇出了合理的設(shè)計(jì)變量在很大的程度上能夠減少計(jì)算編程的工作量；二、確定目標(biāo)函數(shù)。首先找出滿足函數(shù)條件的最優(yōu)解，然后確定約束條件。在房屋的優(yōu)化設(shè)計(jì)中存在著很多的約束條件，其中有：應(yīng)力約束、裂縫寬度約束、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度約束、尺寸約束、從彈塑性約束等，在進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)要確保所有的約束條件都在規(guī)定的范圍內(nèi)，能夠滿足設(shè)計(jì)規(guī)范，即在規(guī)范條件內(nèi)滿足約束條件。

2、設(shè)定優(yōu)化設(shè)計(jì)計(jì)算方案

結(jié)構(gòu)的優(yōu)化涉及到很多的約束條件以及變量，因此在進(jìn)行計(jì)算時(shí)需要將所有的約束條件轉(zhuǎn)化成非約束條件，充分的考慮變量因素，運(yùn)用各種數(shù)學(xué)計(jì)算方法做好計(jì)算方案的設(shè)計(jì)工作。

3、程序設(shè)計(jì)

在構(gòu)建好結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型、設(shè)定好優(yōu)化設(shè)計(jì)計(jì)算方案后就可以在以上基礎(chǔ)上進(jìn)行程序的編寫，然后將編寫好的程序?qū)胗?jì)算機(jī)中，在進(jìn)行計(jì)算時(shí)只需要將相關(guān)的數(shù)據(jù)輸入相關(guān)的編程或者是系統(tǒng)中，通過計(jì)算機(jī)程序的自行計(jì)算便能得出相關(guān)的結(jié)果。

4、結(jié)果分析

在得出計(jì)算結(jié)果后，對(duì)其進(jìn)行分析，進(jìn)而確定出最佳的方案。在實(shí)施結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的步驟時(shí)，要注意各方面的因素，要能從多方面進(jìn)行考慮，保證所有的問題的難度降到最低。房屋的建設(shè)本身就是一項(xiàng)花費(fèi)資金較多、耗費(fèi)人力較大的工程，實(shí)施結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)的主要目的就是為了將相關(guān)的成本降到最低，同時(shí)保證房屋的質(zhì)量以及美觀。因此在建造是要注意以下幾個(gè)方面：處理好經(jīng)濟(jì)與技術(shù)之間的矛盾。在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，肯定會(huì)涉及到經(jīng)濟(jì)的問題，并且技術(shù)在一定的程度上與經(jīng)濟(jì)也會(huì)存在這矛盾，技術(shù)的引用和實(shí)施必然會(huì)涉及到經(jīng)濟(jì)因素，但是最為建造商對(duì)此要有充分的認(rèn)識(shí)，能夠認(rèn)識(shí)到經(jīng)濟(jì)與技術(shù)之間矛盾存在的必然性，能夠理解到技術(shù)做帶來的經(jīng)濟(jì)方面的節(jié)約量將會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過耗費(fèi)量，要大力的引用技術(shù)。

結(jié)束語

綜上所述，房屋的建筑優(yōu)化設(shè)計(jì)是一項(xiàng)復(fù)雜的設(shè)計(jì)工程，在進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候要綜合考慮諸多因素，建筑的方法、技術(shù)以及使用的方案都決定了最后的優(yōu)化的程度，合理進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，使建筑的房屋符合經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、美觀等特點(diǎn)。綜合考慮各個(gè)因素，設(shè)計(jì)出函數(shù)模型，通過計(jì)算機(jī)的編程設(shè)計(jì)計(jì)算并選擇出最佳的方案。

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