房屋建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計研究

文/ 佀建 北京柯德普建筑設(shè)計顧問有限公司 北京 100087

房屋建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計研究

文/ 佀建 北京柯德普建筑設(shè)計顧問有限公司 北京 100087

隨著經(jīng)濟發(fā)展和人民生活水平的提高，房屋建筑設(shè)計越來越注重其經(jīng)濟性、耐久性、安全性及美觀性等各方面的綜合優(yōu)化。同時由于建筑行業(yè)的競爭日趨激烈，建筑企業(yè)也在對房屋的結(jié)構(gòu)設(shè)計進行優(yōu)化和改善。本文通過對結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法進行分析，研究其在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中實際應(yīng)用的具體方法。

房屋建筑結(jié)構(gòu)；優(yōu)化設(shè)計；安全

隨著人們物質(zhì)條件的不斷豐富，相應(yīng)的其生活品位也在不斷提高，對于房屋住宅的要求不再局限于過去的實用性，而是更多的關(guān)注房屋住宅的安全舒適以及時尚美觀等。通過將結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法應(yīng)用于房屋結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，可以保證整體建筑結(jié)構(gòu)的科學(xué)合理，保證建筑功能的完整有效，在符合購房者要求的同時提高企業(yè)的整體效益，實現(xiàn)互惠共贏。

1、結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的定義及要求

優(yōu)化技術(shù)的應(yīng)用可使房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計更加科學(xué)和先進。結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化，是通過充分發(fā)揮結(jié)構(gòu)體系的受力特性及建筑材料本身特點，以實現(xiàn)結(jié)構(gòu)構(gòu)件與各項環(huán)節(jié)設(shè)計的相互配合，優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計，達到建筑結(jié)構(gòu)的全面優(yōu)化，對實際工程中的建筑結(jié)構(gòu)進行全面的研究，使建筑的總體結(jié)構(gòu)以及建筑各個分部銜接得到完善以及優(yōu)化。在進行建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化時應(yīng)當(dāng)盡量的減少建筑剛度與建筑質(zhì)量的中心差異，盡量保持建筑物整體結(jié)構(gòu)的規(guī)則以及其對稱型，以保證結(jié)構(gòu)設(shè)計可以通過相應(yīng)的評審。在進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化時，必須考慮工程施工的難度以及建筑項目的經(jīng)濟效益，對于需要耗費大量人力物力的投入才能完成的結(jié)構(gòu)化應(yīng)當(dāng)盡量避免。

2、房屋建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的意義

結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化具有傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計的安全性能，同時還具有審美和實用的特點，降低建筑成本，協(xié)調(diào)建筑的完整性，并使其具有較高的經(jīng)濟效益。結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化目的在于使房屋建筑的設(shè)計方案、設(shè)計決策更為科學(xué)性，提高建筑安全性和抗震性的要求，有效地達到房屋建筑的安全實用、經(jīng)濟美觀效果，提高房屋建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計水平。要想對房屋結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，施工人員就要在保證建筑質(zhì)量安全的基礎(chǔ)上對設(shè)計方案進行深入分析，采用先進的設(shè)計理念和技術(shù)手段，對工程的造價進行合理控制。將建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化的方法應(yīng)用于房屋住宅的結(jié)構(gòu)優(yōu)化，可以在一定程度上使房屋能夠更受人們歡迎，在購房者進行選購時，能夠具備一定的優(yōu)勢。

3、結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法在房屋結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用

結(jié)構(gòu)設(shè)計作為建筑設(shè)計工作的重點，主要包括對建筑基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化、對建筑頂部結(jié)構(gòu)優(yōu)化、對建筑周邊護欄的優(yōu)化以及對于建筑物其他各部分的局部優(yōu)化等等。

3.1優(yōu)化房屋結(jié)構(gòu)模型

通過建立房結(jié)構(gòu)模型，可以將其中對結(jié)構(gòu)優(yōu)化具有一定影響的參數(shù)和變量提取出來，并通過這些數(shù)據(jù)建立初步的優(yōu)化模型，依靠科學(xué)合理的計算，從而制定出房屋住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計的最佳優(yōu)化方案。(1)變量的選擇。通常來講，設(shè)計者的變量選擇范圍很廣，只要參考數(shù)據(jù)對方案起重要作用，都能作為變量以供設(shè)計者選用。設(shè)計人員最終設(shè)計方案中起決定性作用的參數(shù)主要包括房屋價格、預(yù)期產(chǎn)生的損失參數(shù)或房屋構(gòu)架性能參數(shù)等。如考慮因素變化幅度較小，則建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計、編程以及計算難度就會降低。(2)函數(shù)的確定。設(shè)計者要在多組相似函數(shù)中，選擇符合事先設(shè)定的房屋截面尺寸和鋼筋尺寸面積的那一組函數(shù)，且分析這組函數(shù)的性質(zhì)，從而最大限度降低投資成本。(3)條件的衡量。在進行房屋結(jié)構(gòu)優(yōu)化過程中，需要充分考慮房屋的耐用性和穩(wěn)定性。在實際設(shè)計過程中，設(shè)計者應(yīng)嚴(yán)格遵守各項規(guī)定，確保各種條件均能符合相關(guān)規(guī)定要求，以便實現(xiàn)設(shè)計結(jié)果最優(yōu)。

3.2設(shè)定優(yōu)化設(shè)計計算方案

在建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化中，很多約束條件和變量參數(shù)都會對優(yōu)化過程產(chǎn)生影響。在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中會遇到很多計算程序，房屋結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計是運用數(shù)學(xué)方法對所有結(jié)構(gòu)重新計算以達到最優(yōu)結(jié)果，所以在進行計算的時候應(yīng)該把所有的約束條件都轉(zhuǎn)化成非約束條件，確保優(yōu)化過程順利完成，同時，要全面地考慮到變量的因素，運用科學(xué)合理的計算方法進行建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計工作。

3.3程序設(shè)計

程序設(shè)計就是在設(shè)計優(yōu)化計算好方案的基礎(chǔ)上，進行程序的編寫，將程序?qū)胗嬎銠C中，在后期的計算過程中只需要將相關(guān)的數(shù)據(jù)輸入系統(tǒng)中，通過計算機計算就能夠更加直觀的得出結(jié)果。

3.4結(jié)果分析

結(jié)果分析時結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的重要一步，對計算機結(jié)算出來的數(shù)據(jù)要進行詳細的分析，才能夠根據(jù)數(shù)據(jù)給出的信息確定優(yōu)化設(shè)計的最佳方案。在進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的時候，要全方面地考慮到各種阻礙因素，在分析結(jié)論過程中需要征求各方意見，平衡各方利益，同時需多方位、多角度分析問題，不能遺漏任何可能發(fā)生的情況和細節(jié)，最大程度地保證建筑的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計工作的完成。

4、結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計方法在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用

4.1整體優(yōu)化和局部優(yōu)化

結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化過程更是對房屋安全性與實用性的提升，因此在實際計算與探究過程中需要時刻把握房屋設(shè)計的重點。房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計，都需要以整體性為基礎(chǔ)，展開局部性與整體性的優(yōu)化工作，從而實現(xiàn)房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化，全面提高房屋建筑質(zhì)量。從整體性的特點上來看，房屋建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計包含了設(shè)計體系、結(jié)構(gòu)體系和安裝設(shè)計體系等相關(guān)內(nèi)容，每個提下下面又包括了若干下屬體系。在進行房屋建筑的設(shè)計時，相關(guān)的設(shè)計人員應(yīng)當(dāng)對各個下屬系統(tǒng)和體系進行優(yōu)化，促使各個布局間的橫向關(guān)聯(lián)沖破，保證各環(huán)節(jié)之間能夠協(xié)調(diào)搭配。要想使房屋建筑的結(jié)構(gòu)得到最優(yōu)化設(shè)計就要從整體的角度出發(fā)，注重整體優(yōu)化和局部優(yōu)化之間的關(guān)系處理。

4.2提高數(shù)字技術(shù)的應(yīng)用

建筑物結(jié)構(gòu)的布置形式靈活多變，式樣繁多，即使是同一棟建筑其結(jié)構(gòu)布局也有很多種方案可供選擇。隨著計算機軟件技術(shù)的高速發(fā)展，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方案及設(shè)計參數(shù)的技術(shù)分析等重點和難點問題都可借助計算機軟件快速解決，如德梅隆和赫爾佐拉共同設(shè)計的“奧運鳥巢”就實現(xiàn)了建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計難題的新突破。所以，加強計算機軟件技術(shù)在房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的普及應(yīng)用具有巨大的現(xiàn)實意義。

4.3結(jié)構(gòu)同建筑的協(xié)調(diào)優(yōu)化

結(jié)構(gòu)設(shè)計中，選用合理的結(jié)構(gòu)體系和結(jié)構(gòu)形式對于結(jié)構(gòu)安全，結(jié)構(gòu)合理化，建筑方案實現(xiàn)程度都有重要的意義。我們在進行房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的過程中，還應(yīng)當(dāng)盡量保證建筑結(jié)構(gòu)能夠與整體平面配合緊密，最大限度上實現(xiàn)造型美觀、結(jié)構(gòu)合理的目的。在布設(shè)建筑柱及墻的時候，應(yīng)當(dāng)盡量同房屋建筑平面的功能需求保持一致，確保所有房間進深、開間的統(tǒng)一。建筑系統(tǒng)也要盡量簡潔，墻與柱不能夠出現(xiàn)錯位現(xiàn)象，每層高度與截面面積都要保持一致。在進行樓體和電梯的設(shè)計過程中，對于其應(yīng)力集中的轉(zhuǎn)角區(qū)域，應(yīng)當(dāng)選擇高強度的承重構(gòu)件，以此來降低自重，如果不是承重的構(gòu)建則可以選擇質(zhì)量較輕的建材。

總結(jié)：

總而言之，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中有著重要的影響。優(yōu)化技術(shù)的應(yīng)用可使房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計更加科學(xué)和先進，提高結(jié)構(gòu)設(shè)計合理性的同時節(jié)約建筑成本，并且使建筑在滿足人們基本需求的同時具有更高的美觀性和經(jīng)濟性，是順應(yīng)市場和科技發(fā)展要求的必然之舉。

[1]陶小林，楊楊.淺談房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用優(yōu)化技術(shù)[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2013,

[2]趙炳均.論建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中的實際應(yīng)用[J].江西建材，2015