房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法的實(shí)際應(yīng)用

肖教英

雷州市建筑設(shè)計(jì)院

摘要：隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，生活水平的不斷提高，人們對(duì)于房屋的要求不單單局限于必要的使用價(jià)值，而且還需要一定的美觀。我們?cè)谶M(jìn)行房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，一定要考慮安全、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、美觀等多個(gè)因素，合理優(yōu)化，使得空間資源能夠合理運(yùn)用。本文首先將房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法進(jìn)行相關(guān)的介紹，對(duì)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的實(shí)際應(yīng)用和具體實(shí)施步驟進(jìn)行相關(guān)闡述，并提出應(yīng)該注意的問(wèn)題。旨在通過(guò)本文介紹，使人們能對(duì)房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法應(yīng)用有所認(rèn)識(shí)。

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

當(dāng)前，我國(guó)經(jīng)濟(jì)保持快速發(fā)展，未來(lái)的較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)全社會(huì)固定資產(chǎn)投資仍將保持穩(wěn)定增長(zhǎng)，我國(guó)建筑業(yè)正處于較快發(fā)展進(jìn)程之中。隨著人們生活水平的提高，房屋建筑的實(shí)用性和安全性越來(lái)越受到重視，在對(duì)房屋建筑進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的時(shí)候，進(jìn)行必要的優(yōu)化，不僅可以使得房屋建造更加經(jīng)濟(jì)合理，也可以使得施工更為方便。

一、房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法的相關(guān)理論分析

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)和建筑業(yè)的飛速發(fā)展，人們?cè)谌粘Ｉ钪懈蜿P(guān)注建筑的外觀和藝術(shù)性，而這些都可以通過(guò)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化而加以實(shí)現(xiàn)，所以設(shè)計(jì)人員應(yīng)該從結(jié)構(gòu)的優(yōu)化方法上入手，從而增加建筑的實(shí)用性。從現(xiàn)實(shí)情況來(lái)看，設(shè)計(jì)人員應(yīng)對(duì)施工技術(shù)與經(jīng)濟(jì)效益在房屋建設(shè)中所占的比例有著清晰的認(rèn)識(shí)，綜合考慮，合理規(guī)劃，從而增加建設(shè)單位的整體效益。建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)能否充分開發(fā)，是體現(xiàn)建筑材料的強(qiáng)度性能的首要條件。優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，能夠?qū)⒎课萁Y(jié)構(gòu)與系統(tǒng)連接的更加緊密，提高房屋的整體質(zhì)量，人們居住更加安全、舒適。所以對(duì)房屋建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，能夠保證居民居住的安全性，為建設(shè)單位增加收益[1]。

二、優(yōu)化設(shè)計(jì)方法在房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的實(shí)際應(yīng)用

隨著我國(guó)建筑業(yè)的不斷發(fā)展，建設(shè)單位越來(lái)越傾向用較少的成本，進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，從而滿足人們的基本需求。房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在一定程度上反映了設(shè)計(jì)師的思想，設(shè)計(jì)人員除了要滿足房屋建筑的結(jié)構(gòu)需要，還要滿足人們對(duì)外觀美感的需求。

房屋建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法一般應(yīng)用于以下幾個(gè)方面：

1、前期設(shè)計(jì)：房屋建筑的前期設(shè)計(jì)對(duì)于房屋的總體建造起著至關(guān)重要的作用。當(dāng)前，房屋建造普遍存在的問(wèn)題是沒(méi)有在前期進(jìn)行合理的優(yōu)化設(shè)計(jì)，沒(méi)有全面考慮到結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的科學(xué)性和合理性，這就導(dǎo)致房屋整體結(jié)構(gòu)不盡如人意。因此，在前期進(jìn)行必要的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，策劃合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，可以為整體建造打下良好的基礎(chǔ)。

2、房屋地基優(yōu)化設(shè)計(jì)：房屋建筑的優(yōu)化設(shè)計(jì)，首先要確保最優(yōu)的地基結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，例如，如果地基設(shè)計(jì)是以地樁為基礎(chǔ)的，那就需要根據(jù)房屋的實(shí)際受力情況，對(duì)不同材質(zhì)的地樁進(jìn)行考察和選擇，選擇出最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案。

3、抗震與節(jié)能指標(biāo)的優(yōu)化設(shè)計(jì)：房屋建造除了節(jié)省成本，也要具有實(shí)用性，例如提高抗震性能等，我們可以選擇剪力墻融合的結(jié)構(gòu)模型，如下圖1所示。它的成本較低，綜合適應(yīng)能力較強(qiáng)，而且抗震能力效果較為明顯[2]。

三、房屋建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法具體實(shí)施步驟

在房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員應(yīng)首先對(duì)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)方案進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，確保整體設(shè)計(jì)符合實(shí)際地質(zhì)情況，可行性高。然后在優(yōu)化設(shè)計(jì)中，要保證結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的合理性，考慮建筑的造價(jià)等。最后設(shè)計(jì)單位應(yīng)結(jié)合實(shí)際的施工情況，追求房屋的外觀美感，同時(shí)要滿足人們對(duì)安全性和經(jīng)濟(jì)性的需求。具體可以分為以下幾個(gè)步驟：

1、建立結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型：1）合理選擇設(shè)計(jì)變量：在選擇設(shè)計(jì)變量時(shí)，全面考慮實(shí)際情況，把對(duì)建筑結(jié)構(gòu)影響的主要參數(shù)作為自變量，做好合理的參數(shù)區(qū)分，保證設(shè)計(jì)的合理性，從而減少在結(jié)構(gòu)優(yōu)化中的計(jì)算量；2）確定目標(biāo)函數(shù)：在進(jìn)行房屋結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的時(shí)候，必須找到一組能夠合理解釋其相關(guān)性以及相應(yīng)有效的函數(shù)，使得工程成本盡可能達(dá)到最小，且約束條件能夠人為控制在合理范圍之內(nèi)，符合施工要求；3）確定約束條件：對(duì)于房屋結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，必須對(duì)相關(guān)的約束條件及時(shí)確定，包括裂縫寬度約束、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度約束、尺寸約束、構(gòu)件單元約束、應(yīng)力約束、結(jié)構(gòu)體系約束、從可靠指標(biāo)約束到確定性約束條件以及從正常使用極限狀態(tài)下的彈性約束到最終極限狀態(tài)的彈塑性約束等約束條件。每個(gè)約束條件都盡可能滿足相關(guān)要求，才有可能實(shí)現(xiàn)最佳的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。

2、整個(gè)過(guò)程中，必須保證計(jì)算方案的合理性。常用的優(yōu)化設(shè)計(jì)的計(jì)算方法有拉氏乘子法、復(fù)合形法、Powell 法等?？梢愿鶕?jù)計(jì)算方法的可靠性，來(lái)編寫一個(gè)運(yùn)算速度快，準(zhǔn)確率高、功能齊全的綜合應(yīng)用程序。在模型建立和計(jì)算方案確定后，設(shè)計(jì)人員要充分利用好計(jì)算機(jī)的功能，就是根據(jù)設(shè)計(jì)方案來(lái)編寫相應(yīng)的程序，然后將這些變量錄入到計(jì)算機(jī)中，利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行操作，一旦涉及稍有變動(dòng)，就直接在基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)上進(jìn)行改寫，將新的程序錄入到計(jì)算機(jī)中。計(jì)算機(jī)在計(jì)算時(shí)我們所要做的只是輸入相關(guān)數(shù)據(jù)，然后輸出對(duì)應(yīng)的結(jié)果[3]。

3、結(jié)果分析：進(jìn)行計(jì)算結(jié)果的分析比較，選擇出最佳的設(shè)計(jì)方案。在計(jì)算結(jié)果出來(lái)之前，我們應(yīng)了解多方面的影響因素，從多個(gè)方面進(jìn)行選擇，從而更好地完善結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。在進(jìn)行設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員應(yīng)注意經(jīng)濟(jì)合理必，然后處理好技術(shù)與經(jīng)濟(jì)之間的關(guān)系。考慮到這些因素之后，再綜合計(jì)算出的結(jié)果，選擇合理的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。

四、房屋建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法在實(shí)踐應(yīng)用中應(yīng)該注意的問(wèn)題

房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)整個(gè)過(guò)程中，很容易忽視下列問(wèn)題，所以設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)過(guò)程中，一定要更多地關(guān)注。

1、初期方案設(shè)計(jì)參與階段：房屋在建造之初，其整體設(shè)計(jì)方案會(huì)影響到建筑的總投資，所以在進(jìn)行方案優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程中，一定不能忽略房屋建造的適用性和經(jīng)濟(jì)性的問(wèn)題，做到在實(shí)踐中，真正的將結(jié)構(gòu)潛力發(fā)揮出作用，起到安全合理、節(jié)約建造成本的目的。但是需要注意的是，在整個(gè)過(guò)程中，很容易出現(xiàn)成本浪費(fèi)的情況，這主要體現(xiàn)在整體布局有漏洞、外界環(huán)境干擾等方面，任何一丁點(diǎn)的差錯(cuò)都會(huì)對(duì)房屋建筑整體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)產(chǎn)生影響，所以方案設(shè)計(jì)人員一定要對(duì)初期方案的結(jié)構(gòu)體系給予高度的重視。

2、優(yōu)化設(shè)計(jì)階段：通常情況下，理論設(shè)計(jì)和現(xiàn)實(shí)情況會(huì)存在一定的差距，所以在設(shè)計(jì)方案的時(shí)候，一定要考慮到各個(gè)細(xì)節(jié)，要將數(shù)值運(yùn)用到整體設(shè)計(jì)中，作為參考依據(jù)，把握好整體設(shè)計(jì)，確保細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)無(wú)失誤，以實(shí)現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)的最終目標(biāo)。除此之外，我們還要確保參與設(shè)計(jì)人員的理論知識(shí)能力和素質(zhì)水平，設(shè)計(jì)人員的能力直接決定著房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的水平。

五、結(jié)束語(yǔ)

房屋建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中扮演極為重要的角色。在這一系列程序步驟的執(zhí)行中，需要設(shè)計(jì)人員全面考慮、縝密分析和仔細(xì)考量，三者缺一不可。在前期設(shè)計(jì)、房屋地基優(yōu)化設(shè)計(jì)、抗震與節(jié)能指標(biāo)的優(yōu)化設(shè)計(jì)中，都可應(yīng)用結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法，不僅能使建筑物實(shí)現(xiàn)藝術(shù)性與功能性的統(tǒng)一，同時(shí)還能夠從整體上節(jié)省房屋建筑的建造成本，實(shí)現(xiàn)良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，更好地迎合了當(dāng)前科學(xué)發(fā)展觀、可持續(xù)發(fā)展理念的要求，創(chuàng)建和諧社會(huì)。

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].規(guī)劃與設(shè)計(jì).2013（03）

[2]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].唐山市規(guī)劃建筑設(shè)計(jì)研究院.2014（04）

[3]白華.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[J].建筑與規(guī)劃設(shè)計(jì).2015（13）