結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的具體應(yīng)用探討

【摘要】隨著社會(huì)的不斷發(fā)展與進(jìn)步，人們生活水平的不斷提高，人們的物質(zhì)需求與市場價(jià)格變化導(dǎo)致建筑成本越來越高，借助結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法優(yōu)化設(shè)計(jì)建筑結(jié)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)資源最大化利用的主要途徑。文章就房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行了論述。

【關(guān)鍵詞】房屋結(jié)構(gòu)；建筑設(shè)計(jì)；優(yōu)化技術(shù)

當(dāng)今社會(huì)對房屋建設(shè)的要求不僅僅是對質(zhì)量的要求，更高層次上是對房屋建筑結(jié)構(gòu)方面的要求。所以作為房屋建筑公司不能夠停留在陳舊的思想觀念中，應(yīng)該緊跟社會(huì)發(fā)展的步伐甚至超越社會(huì)的發(fā)展，引領(lǐng)房屋建設(shè)的發(fā)展方向。這就要求其在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中必須有滿足人類需求有效的實(shí)施優(yōu)化設(shè)計(jì)，房屋建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)能夠使房屋具有美觀、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用等方面的特點(diǎn)，并且在建筑過程中可以節(jié)省空間，提高建筑施工的效率。

一、房屋優(yōu)化設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容

居民住房與商品房在結(jié)構(gòu)和用途上都不同，居民住房更加注重房屋優(yōu)化設(shè)計(jì)。房屋優(yōu)化設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容包括結(jié)構(gòu)是否實(shí)用，布局是否合理，外形是否美觀等等。房屋優(yōu)化設(shè)計(jì)的目的是滿足居民的需求，為居民提供滿意的住房，同時(shí)也能夠增加開發(fā)商的經(jīng)濟(jì)效益。通常情況下來講，具體的房屋優(yōu)化設(shè)計(jì)方案主要從整體布局和具體部件兩個(gè)角度進(jìn)行分析，考慮。影響整體布局的主要因素有房屋的尺寸，包括房屋的長度，寬度，高度等等。影響具體部件的主要因素有鋼筋和混凝土的強(qiáng)度等等。對于這兩方面的設(shè)計(jì)必須要由專業(yè)的工程技術(shù)人員進(jìn)行設(shè)計(jì)，并進(jìn)行規(guī)范化的審核和監(jiān)督，這樣才能為房屋優(yōu)化設(shè)計(jì)的后續(xù)工作打好堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，以達(dá)到房屋優(yōu)化設(shè)計(jì)的最終目標(biāo)。

二、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化就是指在設(shè)計(jì)建筑結(jié)構(gòu)的時(shí)候，要改革設(shè)計(jì)理念，采取科學(xué)、先進(jìn)的設(shè)計(jì)方案篩選方式，選擇出在各方面都能達(dá)到最佳效果的設(shè)計(jì)方法。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化主要包括建筑物各個(gè)部分結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，以及對建筑物整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。

（一）結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)模型

結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)就是在各種變量中選擇主要參數(shù)，并且構(gòu)建函數(shù)模型，采取科學(xué)、先進(jìn)的方法計(jì)算得出最優(yōu)解。結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)模型的建立步驟主要包括以下幾點(diǎn)：其一，變量選擇。一般而言，影響設(shè)計(jì)方案的重要數(shù)據(jù)，均可以稱之為變量。比如，工程目標(biāo)參數(shù)主要有房屋價(jià)格參數(shù)、預(yù)期產(chǎn)生損失參數(shù)；工程控制級約束參數(shù)主要有房屋結(jié)構(gòu)可靠性參數(shù)，等等。如果設(shè)計(jì)人員可以有效減小參數(shù)的變化幅度或者減少變量參數(shù)的參考，那么，就可以降低和建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、計(jì)算、編程相關(guān)工作的難度，這樣設(shè)計(jì)人員就能夠快速的找到和設(shè)計(jì)目標(biāo)相符的數(shù)據(jù)。其二，函數(shù)確定。在多組函數(shù)中，設(shè)計(jì)人員可以根據(jù)房屋橫截面尺寸、鋼筋尺寸等數(shù)據(jù)選擇最相符的那組函數(shù)，對函數(shù)性質(zhì)予以分析，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)降低房屋造價(jià)的目的。其三，條件衡量。根據(jù)房屋結(jié)構(gòu)耐用性、穩(wěn)定性的要求，房屋設(shè)計(jì)的約束條件主要有房屋尺寸、架構(gòu)剛性、架構(gòu)穩(wěn)定性、架構(gòu)體系規(guī)格、墻體裂隙限度、結(jié)構(gòu)可塑程度等。

（二）結(jié)構(gòu)優(yōu)化計(jì)算方案

在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，經(jīng)常涉及很多計(jì)算過程，并且在優(yōu)化設(shè)計(jì)中，計(jì)算過程將會(huì)更加復(fù)雜、多變。在進(jìn)行數(shù)據(jù)演算的時(shí)候，一定要將附加約束條件問題轉(zhuǎn)變?yōu)椴桓綆Ъs束條件問題，這樣就可以更快的計(jì)算出結(jié)果。通常情況下，計(jì)算方法主要包括符合型法、拉氏乘子法等。這些計(jì)算方法各有利弊，在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，一定要結(jié)合房屋建筑的實(shí)際情況，選擇恰當(dāng)?shù)挠?jì)算方法，實(shí)現(xiàn)節(jié)約時(shí)間、節(jié)省精力的目的，保證優(yōu)化設(shè)計(jì)的合理性與科學(xué)性。

三、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)的作用

（一）提升建筑的安全性

通過對房屋建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，可以對原有設(shè)計(jì)方案中的不足和缺陷進(jìn)行彌補(bǔ)，從而提升建筑結(jié)構(gòu)的合理性和安全性，在保證建筑整體質(zhì)量的基礎(chǔ)上，節(jié)省建筑材料，提升建筑的穩(wěn)定性和相應(yīng)的受力性能，確保建筑的使用安全。

（二）減低工程造價(jià)

相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，運(yùn)用結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)后，與原設(shè)計(jì)方案相比，建筑工程的成本可以節(jié)約10%—30%左右，成本大大降低。同時(shí)，通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，還可以充分發(fā)揮原材料的性能，確保建筑結(jié)構(gòu)各個(gè)單元之間的緊密聯(lián)系，提升建筑工程的經(jīng)濟(jì)性。

（三）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)的方法

之前也提到，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所追求的最終效果，是實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的安全性、經(jīng)濟(jì)性、美觀性、實(shí)用性以及施工的便利性。在房屋建筑中應(yīng)用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)，主要體現(xiàn)在建筑結(jié)構(gòu)總體的優(yōu)化設(shè)計(jì)以及建筑的分部結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，主要包括基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)、屋蓋系統(tǒng)、圍護(hù)結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)細(xì)部等多個(gè)方面，需要從結(jié)構(gòu)受力情況、整體布局、結(jié)構(gòu)造型以及成本造價(jià)等方面進(jìn)行綜合分析。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)需要從房屋建筑的實(shí)際情況出發(fā)，以確保優(yōu)化設(shè)計(jì)作用的充分發(fā)揮。

四、結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

（一）工程概況

該住宅建筑整體高度30層，地下1層，采用鋼結(jié)構(gòu)框架剪力墻的形式。在結(jié)合實(shí)際需求和現(xiàn)場情況進(jìn)行綜合分析后，采用了結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，對傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的模式進(jìn)行改進(jìn)和創(chuàng)新，以計(jì)算機(jī)為輔助手段，對每一個(gè)施工階段的設(shè)計(jì)進(jìn)行了優(yōu)化，同時(shí)針對整個(gè)建筑工程實(shí)行全局優(yōu)化設(shè)計(jì)。優(yōu)化后的方案與優(yōu)化前相比，不僅更加科學(xué)合理，而且節(jié)省了大量的成本，與優(yōu)化前相比，工程造價(jià)降低了 26%。

（一）優(yōu)化設(shè)計(jì)規(guī)范

在對該房屋建筑進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的過程中，設(shè)計(jì)人員嚴(yán)格遵循了相應(yīng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范，不僅充分了解了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范中的相關(guān)條例，而且結(jié)合房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的實(shí)際情況，對結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的方案進(jìn)行了合理應(yīng)用。同時(shí)，針對結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范中存在的不足，如安全性較差、要求過于寬松等，設(shè)計(jì)人員結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行了適當(dāng)?shù)娜∩幔瑥亩袑?shí)保證了設(shè)計(jì)成果的最優(yōu)化。

（二）前期參與

要想做到結(jié)構(gòu)的最優(yōu)設(shè)計(jì)，制定出最佳的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方案，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該積極參與到工程的前期規(guī)劃中去，充分了解工程設(shè)計(jì)的實(shí)際情況，針對客觀需求，有針對性地對建筑結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行選擇和規(guī)劃，從而形成一個(gè)科學(xué)合理、行之有效的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，為建筑工程的施工提供相應(yīng)的指導(dǎo)和參考。這樣，才能切實(shí)保證優(yōu)化設(shè)計(jì)的成果，保證建筑工程的質(zhì)量。而如果設(shè)計(jì)人員無視工程的前期規(guī)劃，盲目按照自身的經(jīng)驗(yàn)對其進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，就會(huì)由于對建筑結(jié)構(gòu)體系受力情況的把握不當(dāng)，出現(xiàn)無從下手的局面，影響設(shè)計(jì)成本的質(zhì)量。

（四）概念設(shè)計(jì)

對于房屋建筑而言，在相同的建設(shè)條件下，采取不同的結(jié)構(gòu)布局方式，就會(huì)產(chǎn)生不同的設(shè)計(jì)效果。因此，在房屋結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的過程中，應(yīng)該實(shí)現(xiàn)細(xì)部結(jié)構(gòu)優(yōu)化與概念設(shè)計(jì)的有機(jī)結(jié)合，這樣才能切實(shí)有效地提高結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的效果。這里的概念設(shè)計(jì)，主要是指將建筑的設(shè)計(jì)概念作為設(shè)計(jì)工作的重點(diǎn)，屬于一種貫穿設(shè)計(jì)整個(gè)過程的設(shè)計(jì)方法，主要是針對缺乏相應(yīng)數(shù)值的細(xì)節(jié)進(jìn)行處理，如地震設(shè)防烈度量化等情況，如果單純依靠相應(yīng)的公式，得出的結(jié)果必然會(huì)與實(shí)際情況存在較大的差異，而采用概念設(shè)計(jì)的方法，則可以將數(shù)值作為一種參考依據(jù)，從而對結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的細(xì)節(jié)進(jìn)行合理把握，提升結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的質(zhì)量。

綜上所述，房屋結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)對房屋建筑來說是非常重要的，不僅能夠降低工程造價(jià)，還能滿足人們的需求，提供給居民經(jīng)濟(jì)實(shí)用，安全美觀的住房，使居民感受到自己所花的錢是非常值得的。房屋建筑商應(yīng)該應(yīng)用合理的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)公司利潤的最大化，從而提高公司的綜合競爭力。

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