房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化

楊穎廣 池雪雷

【摘要】房屋結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計能夠保證房屋的質(zhì)量，同時還能夠提高房屋空間的利用率。在這樣的結(jié)構(gòu)環(huán)境中生活，能夠讓人感到舒心，從而提高人民的生活水平，不斷滿足當前人們房屋居住環(huán)境的需求，同時也能夠保證我國建筑事業(yè)的進步。

【關(guān)鍵詞】房屋結(jié)構(gòu);建筑結(jié)構(gòu);結(jié)構(gòu)設(shè)計

一、建筑結(jié)構(gòu)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)計人員在進行具體房屋結(jié)構(gòu)的設(shè)計時，應當兼顧建筑物的各種性能指標，包括使用價值指標、美學價值指標等。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。我們可以將這個方案篩選過程用科學化方式加以表達：運用建筑學和相關(guān)的數(shù)學知識，在許多種設(shè)計方案中，選擇一種與設(shè)計目標最相符的、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，應用科學、先進的設(shè)計方案篩選方式，選擇出在各方面都能達到最佳效果的設(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。?在進行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中，設(shè)計者要平衡房屋使用者和建造者的利益，充分考慮房屋建筑工作者的意見：在滿足建筑物建造者需求的基礎(chǔ)上，尋求新式的房屋結(jié)構(gòu)布局方法。具體而言，房屋的平面結(jié)構(gòu)應當平整，體現(xiàn)出建筑物的對稱美，并盡量減小平面建造質(zhì)量與房屋剛性結(jié)構(gòu)要求之間的差異，使得房屋在承受較大的水平方向作用力時，不至于發(fā)生結(jié)構(gòu)性的扭曲;在滿足居住者使用要求的基礎(chǔ)上，設(shè)計者應將房屋的承重結(jié)構(gòu)設(shè)計成豎直貫通的形式，以便增強房屋對豎直方向壓力的承受能力;盡量不更換房屋原有的轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)。

二、建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化在房屋建筑中的重要作用?根據(jù)我國現(xiàn)階段經(jīng)濟發(fā)展趨勢以及建筑房屋多元化的發(fā)展趨勢，現(xiàn)在很多的建筑房屋都為高層結(jié)構(gòu)有的地區(qū)還有很多的超高層建筑結(jié)構(gòu)。因為這種特殊的建筑構(gòu)造，為了使建筑單位的資金得以有效利用，不斷減少建筑成本就要對房屋的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計進行優(yōu)化，同時這也是建筑企業(yè)以及投資人員最為關(guān)注的問題。?要想使房屋的結(jié)構(gòu)得以優(yōu)化，施工人員一定要重視對建筑物的質(zhì)量監(jiān)管力度，并要將保障建筑質(zhì)量安全作為施工的前提與基礎(chǔ)，對于設(shè)計方案中的各個細節(jié)要進行詳細的分析和優(yōu)化，施工單位還要不斷的對建筑的整體結(jié)構(gòu)通過采用較為先進的設(shè)計理念與技術(shù)使整體的設(shè)計得以優(yōu)化，以實現(xiàn)控制工程造價的目的。從相關(guān)的數(shù)據(jù)反映情況來看，與沒有經(jīng)過設(shè)計優(yōu)化的建筑相比較而言，對房屋結(jié)構(gòu)進行設(shè)計優(yōu)化之后，經(jīng)費可以大大縮減。但是，在實際的操作過程中，因為被多方面的條件限制住了，進行優(yōu)化的各項方法就難以開展，需面臨非常多的困難，而且也無法將其優(yōu)越性充分地發(fā)揮出來。?在進行房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化過程中，要使開展施工的各項建筑材料以及施工的設(shè)備的功能和性能得以充分地發(fā)揮，而在開展這項工作中，與建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計相比，則更加具有獨特的優(yōu)勢，此外，在進行了建筑的設(shè)計優(yōu)化以后，建筑單位的施工造價也能實現(xiàn)有效地降低，因此，就會使企業(yè)獲取到更多的經(jīng)濟效益。此外，在進行了優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計之后，還能使房屋結(jié)構(gòu)中各個單元實現(xiàn)的有機整合，使建筑的整體質(zhì)量得以提升，對人們的居住安全給予了重要保障。因此，要想對房屋結(jié)構(gòu)具有更強的適用性與更好的經(jīng)濟性，優(yōu)化房屋的結(jié)構(gòu)設(shè)計，是一條行之有效且非常重要的途徑。

三、房屋結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設(shè)計的措施?房屋結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計方法的目的是降低工程造價成本費用，并為房屋的建成后的經(jīng)濟效益提供基礎(chǔ)條件，根據(jù)實踐的設(shè)計經(jīng)驗，我提出以下的優(yōu)化措施。?1、選擇節(jié)能指標較高的結(jié)構(gòu)類型?房屋結(jié)構(gòu)形式的選擇，意味著選擇不同工程造價的建設(shè)模式，常見的結(jié)構(gòu)設(shè)計模式有如下三種。?（1）短肢剪力墻結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)形式常見于高層建筑，以混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程為依托，這種結(jié)構(gòu)形式相對于剪力墻的抗震級別要高，比起剪力墻，構(gòu)造鋼筋使用數(shù)量不多。?（2）框架結(jié)構(gòu)，具有大開間、布局靈活性強和造價成本低的優(yōu)點，但這種結(jié)構(gòu)抗震能力弱，柱截面較大，形成的柱角凸出部位會妨礙家具的布置。?（3）框架—剪力墻結(jié)構(gòu)，即在框架結(jié)構(gòu)中合理進行一定數(shù)量剪力墻的布置，這種結(jié)構(gòu)合理，適用能力強，而且能夠應對各種不同的變形壓力，是一種抗側(cè)力較好的結(jié)構(gòu)。?以上的三種結(jié)構(gòu)模式各具優(yōu)缺點，但我們在選擇結(jié)構(gòu)模式時，不能單方面的認為造價最低的方案就是最科學合理的方案，而是要結(jié)合房屋業(yè)主的功能需求，以及建設(shè)單位的投資水平和施工能力等方面的因素進行結(jié)構(gòu)類型的綜合分析，將投資與收益進行平衡優(yōu)化，根據(jù)工程條件的客觀實際情況選擇最合適的結(jié)構(gòu)模式。?2、結(jié)構(gòu)設(shè)計信息優(yōu)化技術(shù)?由于房屋建筑結(jié)構(gòu)受到設(shè)計變量等條件的約束，很難用單一的結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法。因此應開發(fā)一種更為實用方便的參數(shù)定義優(yōu)化軟件，減少設(shè)計者在結(jié)構(gòu)優(yōu)化方面的精力和時間。我較為推崇的是TBCAD系統(tǒng)，這種系統(tǒng)是針對結(jié)構(gòu)方案設(shè)計、建模、分析、評估等為一體的成本控制軟件系統(tǒng)，該可以進行結(jié)構(gòu)方案的指導設(shè)計，使得方案的人力、物力和財力資源等趨于最優(yōu)狀態(tài)。系統(tǒng)的信息分為兩個時間段進行優(yōu)化，第一個時間段是通過對材料的分配調(diào)整，使用最少的混凝土用量滿足側(cè)向剛度的要求，系統(tǒng)在這個時間段的目標函數(shù)是混凝土的使用量，而結(jié)構(gòu)構(gòu)件的斷面大小則是設(shè)計的變量。第二個時間段是對構(gòu)件強度的優(yōu)化，通過對構(gòu)件結(jié)構(gòu)的斷面大小以及鋼用量的調(diào)整，使得構(gòu)件的強度要求實現(xiàn)只需較少的結(jié)構(gòu)造價。?3、各種功能結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計內(nèi)容?結(jié)構(gòu)抗震的經(jīng)濟化設(shè)計，主要針對高層的房屋建筑，高層建筑的水平荷載結(jié)構(gòu)造價占所有結(jié)構(gòu)的大部分，在抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計中，抗側(cè)力結(jié)構(gòu)是造價控制的重點。尤其是在建筑物層高增加之后，抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的造價也會隨之增加。因此，抗側(cè)力的結(jié)構(gòu)必須進行合理選用，以便形成造價優(yōu)勢。此外設(shè)計人員對房屋結(jié)構(gòu)的設(shè)計要充分了解各種結(jié)構(gòu)模式的抗震性能和經(jīng)濟指標，把握好房屋的體型、結(jié)構(gòu)的體系以及剛度的分布等，通過抗震構(gòu)造措施對抗震的薄弱環(huán)節(jié)進行改善，將抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計的成本降到最低。

結(jié)束語?綜上所述，建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計方案是一個復雜的綜合決策問題，其基本原則需要確保建筑的適用、安全、美觀、經(jīng)濟及在施工過程中需要確保施工的便捷性。這五個方面在建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計中各有所重，并且之間存在著矛盾，一個優(yōu)秀的設(shè)計方案應當是在五個方面的最佳結(jié)合，只有在實踐中不斷的探索，才會使建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的水平得到進一步提高。?參考文獻：?[1]翁維素.運用系統(tǒng)思想優(yōu)化工程結(jié)構(gòu)設(shè)計實現(xiàn)節(jié)約目標[J].河北建筑工程學院學報，2012，10（3）：9-10.?[2]胡天水.房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化[J]中國居民，2013，10（12）：23-24.?[3]張愛民.建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計探討[J]科技創(chuàng)新導報，2011，9（34）：21-23.