建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用研究

【摘要】隨著我國建筑工程的發(fā)展以及人們對于建筑環(huán)境的需要，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中已經(jīng)有了很明顯的應(yīng)用，房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計主要是針對房屋的格局、舒適度以及美觀性和安全性進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃，對建筑的功能性和使用的穩(wěn)定性進(jìn)行多方面的評估，不僅可以有效地提高房屋結(jié)構(gòu)實用性的作用，還能保證房屋在日后投入使用后的質(zhì)量功能，利用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法對房屋結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計，能夠增強(qiáng)的優(yōu)化房屋設(shè)計中的重要環(huán)節(jié)，使其在生產(chǎn)和使用中能夠更加穩(wěn)定，本文通過對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法進(jìn)行概述并分析房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中的要點，希望能對今后的房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計工作提供一些幫助。

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

引言

隨著我國科技的發(fā)展和社會的進(jìn)步，人們的生活水平也在不斷的提高，對于居住條件和居住環(huán)境也有了更高的要求，房屋的作用也從最一開始的實用性慢慢的轉(zhuǎn)變?yōu)楣δ苄院桶踩裕@對于房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計工作來說是非常困難且重要的，當(dāng)前在進(jìn)行房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中，會以建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法來進(jìn)行房屋整體結(jié)構(gòu)的規(guī)劃，能夠有效的提高房屋的安全性、空間利用價值和功能性，能夠保證人們在舒適的生活環(huán)境中感受到更加實用性的房屋設(shè)計模式。

一、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法在建筑設(shè)計中的重要性

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化不僅可以對建筑設(shè)計過程中出現(xiàn)的一系列問題進(jìn)行重復(fù)性的檢測，還能夠保證建筑結(jié)構(gòu)在投入使用之后的穩(wěn)定性和實用性，建筑的作用就是為了使人們能夠更好的居住和工作，不同的建筑有著不同的功能，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中有著十分重要的作用，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法對于房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計而言不僅對房屋的整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計，滿足人們對于建筑的美觀性和實用性，還能夠根據(jù)不同的房間類型對房屋進(jìn)行不同的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的劃分，有效的滿足了不同人群的需求，同時在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計中，優(yōu)化方法也減少了很多不必要的材料運用和空間結(jié)構(gòu)，有效的節(jié)省了建筑的成本。

對于建筑開發(fā)商來說，當(dāng)然是希望建筑工程竣工后能夠以最少的投入資金獲得最大的收益，在這種情況下，對于建筑工程單位來說，要想滿足這個要求，不僅要保證建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的科學(xué)性和實用性，還要對建筑的安全性做出保障，這必然要求要對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計工作進(jìn)行優(yōu)化，通過對于我國當(dāng)前不同地區(qū)的房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計工作情況來看，運用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法的房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計建筑要比沒有應(yīng)用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方法的房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計建筑所投入的工程資金降低了百分之六到百分之三十五，由此可見，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法的應(yīng)用在滿足人們居住要求的前提下，不僅可以有效的提高建筑的實用性，還能夠減低建筑工程成本，做到建筑結(jié)構(gòu)中每一個組成部分都能達(dá)到最佳協(xié)調(diào)，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法還能夠?qū)τ诮ㄖこ趟鶓?yīng)用的材料進(jìn)行分類利用，既保證了建筑工程的各類相關(guān)系數(shù)，還能夠?qū)崿F(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的經(jīng)濟(jì)性和實用性。

二、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法通用實施思路

建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計是指在滿足各種規(guī)范或某些特定要求的條件下，使建筑結(jié)構(gòu)的某種指標(biāo)（如重量、造價、剛度等）為最佳的設(shè)計方法，也就是要在所有可用方案和做法中，按安全、經(jīng)濟(jì)、合理的目標(biāo)選出最優(yōu)的方法。對于建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計師來說，要確保建筑結(jié)構(gòu)具有一定的安全保證，在此基本上發(fā)掘出新的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計思路。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法主要是基于人們以往建筑設(shè)計的理念之上，從理論上和經(jīng)驗的角度對建筑的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計進(jìn)行優(yōu)化，不同的建筑有著不同的功能，因此，不同功能的建筑也有著不同的設(shè)計方法，根據(jù)不同的房間格局對建筑進(jìn)行結(jié)構(gòu)的設(shè)計，根據(jù)不同家庭成員的組成情況對房間內(nèi)部房屋結(jié)構(gòu)進(jìn)行分類。

在此之外，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法還必須保證建筑在面對高地震效應(yīng)的情況下不會發(fā)生坍塌事故，必須滿足建筑在相應(yīng)的功能之下，在面對水平和豎直的外部效應(yīng)下能夠保持穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)體系，在結(jié)構(gòu)設(shè)計中，為了減少結(jié)構(gòu)設(shè)計的與分析上的難度以及降低建筑工程修建的成本，我們應(yīng)該做到在建筑工事中不添加轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)，在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中，一定要對其能夠承受的最大抗力進(jìn)行測試，并對其使用年限進(jìn)行計算評測，為人們的安全居住提供更加優(yōu)秀的條件。

傳統(tǒng)的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，是先根據(jù)經(jīng)驗通過判斷給出或假定一個設(shè)計方案和做法，用工程力學(xué)方法進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，以檢驗是否滿足規(guī)范規(guī)定的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定、尺寸等方面的要求，如符合要求的即為可用方案，或者經(jīng)過對少數(shù)幾個方案和方法進(jìn)行比較而得出可用方案。而結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計是在很多個，甚至無限多個可用方案和做法中找出最優(yōu)的方案，即安全度高、材料最省、造價最低及某些指標(biāo)最佳的方案和做法。這樣的工程結(jié)構(gòu)設(shè)計便由“分析與校核”發(fā)展為“綜合與優(yōu)選”。這對提高工程結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)效益和功能方面具有重大的實際意義?！熬C合與優(yōu)選”實質(zhì)上也就是建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計。

從理論上講，按結(jié)構(gòu)設(shè)計變量的層次分為：截面尺寸優(yōu)化設(shè)計；結(jié)構(gòu)幾何形狀的優(yōu)化設(shè)計；結(jié)構(gòu)的拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計（如給定一個桿系結(jié)構(gòu)的節(jié)點布置，要求確定那些節(jié)點之間應(yīng)有桿件連接）；結(jié)構(gòu)類型優(yōu)化設(shè)計（如將一組荷載傳遞到支座，可以由梁、桁架和拱等不同類型結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)選）。隨著設(shè)計變量層次的升高，所得的優(yōu)化結(jié)構(gòu)的效果也隨之提高，但優(yōu)化設(shè)計的難度增大和工作量增多。

目前在建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計實際操作中，更多的是采用在“分析與校核”基礎(chǔ)上的“綜合與優(yōu)選”方法，真正的建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計軟件還不完善。今后急需大力開展結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的應(yīng)用研究，如開展有關(guān)設(shè)計思想及優(yōu)化技術(shù)的普及工作，編制符合設(shè)計實際需要的優(yōu)化電算程序等；另一方面需要繼續(xù)深入進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的理論工作，如對多目標(biāo)優(yōu)化、結(jié)構(gòu)動力設(shè)計優(yōu)化、離散值設(shè)計變量優(yōu)化、隨機(jī)規(guī)劃和模糊規(guī)劃等課題以及模型化處理等。

三、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用

3.1房屋結(jié)構(gòu)前期設(shè)計環(huán)節(jié)

在房屋設(shè)計前期的初始化階段，應(yīng)該首先對該地區(qū)周邊環(huán)境進(jìn)行勘察，根據(jù)周邊環(huán)境特征以及周邊建筑風(fēng)格類型進(jìn)行研究分析，保證房屋整體造型滿足該地區(qū)建筑協(xié)調(diào)性，在進(jìn)行房屋設(shè)計方案和規(guī)劃的整理時，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法可以有效的避免在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中存在的容易被忽視的部分，可以使房屋使用過程中的可能存在的風(fēng)險和隱患得以暴露，這不僅有利于房屋整體設(shè)計的優(yōu)化，而且同樣有利于房屋建筑的結(jié)構(gòu)的統(tǒng)一化設(shè)計形式，保證房屋建筑取得安全、經(jīng)濟(jì)、效率、效益等多方面的效果和收獲。

3.2房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計環(huán)節(jié)

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法可以對房屋內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計尤其是房屋內(nèi)部房間的設(shè)計來說有非常突出的設(shè)計優(yōu)勢，在這里我們采用上述工程中所提到的房間布局，該種房屋類型適合于大部分居住建筑情況，房間的格局安排也很合理，兩個臥室都位于朝陽的一側(cè)，一個臥室有陽臺，一個臥室無陽臺，這種結(jié)構(gòu)的設(shè)計能夠更好的滿足房間內(nèi)部光照的需求，廚房設(shè)計在大門的右側(cè)，衛(wèi)浴室設(shè)計在廚房旁邊，這種兩室一廳一衛(wèi)的設(shè)計布局能夠很好的滿足當(dāng)前人們對于建筑條件和建筑環(huán)境的要求，保證人們生活的舒適性。

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法還能夠?qū)τ诜课萁ㄖこ讨械姆课莶牧系倪x取進(jìn)行整體的優(yōu)化，在房屋建設(shè)初期，由于沒有具體的事物和真實的數(shù)據(jù)，很容易在房屋內(nèi)部設(shè)計過程中由于材料選取不當(dāng)而導(dǎo)致房屋結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性不能達(dá)到工程的標(biāo)準(zhǔn)，在后期的各種因素作用下，則有很大的可能會對房屋整體結(jié)構(gòu)帶來很大的風(fēng)險。而建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法雖然是針對建筑來說的，但是對于房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計同樣有效，通過對房屋材料進(jìn)行試驗和研究，進(jìn)行多次的優(yōu)化，最終也能夠形成最佳的房屋內(nèi)部布局應(yīng)用效果，避免給房屋的安全帶來不必要的隱患。

3.3房屋基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計環(huán)節(jié)

房屋基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計主要是為了保證房屋整體的穩(wěn)定性和功能性，因此在房屋基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計的工作中，一定要對于其每一個步驟都要嚴(yán)格的設(shè)計，全面應(yīng)用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法進(jìn)對建筑地基、樁基的類型進(jìn)行再規(guī)劃，對其設(shè)計進(jìn)行全方位的控制，合理的確定地基樁基的類型和使用形式，保證其在投入使用后的使用壽命，把我樁基本身的長度和直徑大小，優(yōu)化樁基結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，確定樁基結(jié)構(gòu)、施工技巧以及資金投入的平衡點，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法的基礎(chǔ)之上就行房屋基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)環(huán)節(jié)的整體設(shè)計，提高房屋強(qiáng)度以及其各個結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

結(jié)論：

綜上所述，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化能夠促進(jìn)建筑品質(zhì)不斷提高，實現(xiàn)了人們對居住環(huán)境的高標(biāo)準(zhǔn)以及高要求。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法能夠在一定程度上使房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計工作變得更加細(xì)膩和準(zhǔn)確，使其在工程階段能夠更加安全和穩(wěn)定，在投入使用之后能夠保證其功能性和實用性，不管是對于居住建筑還是工業(yè)建筑，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法都很實用，本文通過對房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計工程進(jìn)行簡要的敘述來體現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法作用，希望能對今后的房屋建筑提供一些建議和意見。

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