簡論建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化技術(shù)方法的應(yīng)用

王洪偉

【摘 要】 建筑在我國擁有著悠久的歷史和博大的內(nèi)涵，但是隨著時代的發(fā)展，對待建筑的視角與眼光應(yīng)該放的更加長遠，且應(yīng)該進行結(jié)構(gòu)的優(yōu)化。我國的國土面積廣、民族多、人口多，但是由于時間的沉淀，我國的建筑已經(jīng)漸漸有了模式化的傾向與趨勢，而我國的這些特點又為建筑的優(yōu)化提供了一個潛在的廣闊的市場。

【關(guān)鍵詞】 建筑結(jié)構(gòu) 優(yōu)化設(shè)計 技術(shù)

建筑是凝固的藝術(shù)，建筑師總是希望通過建筑物表達自己的設(shè)計意圖，力求藝術(shù)性和實用性的完美結(jié)合。結(jié)構(gòu)師在保證安全性的前提下，當(dāng)然應(yīng)該敢于挑戰(zhàn)新的結(jié)構(gòu)形式，使建筑師的意圖得以實現(xiàn)。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中，在基本滿足建筑師設(shè)計意圖的基礎(chǔ)上，平面布置應(yīng)盡量規(guī)則，對稱，盡量縮小質(zhì)量中心和剛度中心的差異；使建筑物在水平荷載作用下不致產(chǎn)生太大的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。豎向布置上，在滿足功能要求的前提下，盡量使豎向承重構(gòu)件上下貫通；能不使用轉(zhuǎn)換層的就應(yīng)避免使用，以減小結(jié)構(gòu)分析和設(shè)計上的困難，另外也不經(jīng)濟，還容易造成應(yīng)力集中；豎向剛度最好不要突變，而要漸變，否則突變處在水平荷載作用下會出現(xiàn)嚴重的應(yīng)力集中現(xiàn)象，這對結(jié)構(gòu)抵抗水平動力荷載是十分不利的。

一、 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法的應(yīng)用

1、結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法的應(yīng)用。結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法和技術(shù)的應(yīng)用具體體現(xiàn)在房屋工程結(jié)構(gòu)總體的優(yōu)化設(shè)計和房屋工程分部結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計兩方面。其中房屋工程分部結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計包括：基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)方案的優(yōu)化設(shè)計、屋蓋系統(tǒng)方案的優(yōu)化設(shè)計、圍護結(jié)構(gòu)方案的優(yōu)化設(shè)計和結(jié)構(gòu)細部設(shè)計的優(yōu)化設(shè)計。對以上幾個方面的優(yōu)化設(shè)計還包含選型、布置、受力分析、造價分析等內(nèi)容，并應(yīng)在滿足設(shè)計規(guī)范和使用要求的前提下，結(jié)合具體工程的實際情況，圍繞其綜合經(jīng)濟效益的目標進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計。

2、結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法的實踐價值。筆者認為，在滿足建筑結(jié)構(gòu)長遠效益的前提下，應(yīng)盡量減少建筑結(jié)構(gòu)的近期投資并提高建筑結(jié)構(gòu)的可靠度和合理性。與傳統(tǒng)設(shè)計相比，采用設(shè)計優(yōu)化技術(shù)可以使建筑工程造價降低5%～30%。優(yōu)化技術(shù)的實現(xiàn)，可以最合理的利用材料的性能，使建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)部各單元得到最好的協(xié)調(diào)，并具有建筑規(guī)范所規(guī)定的安全度。同時，它還可為建筑整體性方案設(shè)計進行合理的決策，優(yōu)化技術(shù)是實現(xiàn)建筑設(shè)計的“適用、安全和經(jīng)濟”目標的有效途徑。

二、建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計技術(shù)中存在的一些問題與不足

1、優(yōu)化設(shè)計創(chuàng)新不徹底

結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計是上世紀六十年代以后出現(xiàn)的一種設(shè)計方法，結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的任務(wù)，就是以數(shù)學(xué)規(guī)劃為基礎(chǔ)，運用計算機技術(shù)，從眾多的可行設(shè)計中，選出相對最優(yōu)秀的設(shè)計方案。它的出現(xiàn)，使工程結(jié)構(gòu)設(shè)計由以往被動的安全校核轉(zhuǎn)化為積極主動的選優(yōu)設(shè)計，更進一步的實現(xiàn)了設(shè)計的最終目標——安全。但是就目前情況而言，事態(tài)并沒有預(yù)想的發(fā)展的那么順利，在經(jīng)歷了幾十年的發(fā)展之后，現(xiàn)階段的建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計技術(shù)在優(yōu)化設(shè)計創(chuàng)新方面并不是很徹底，部分原因是一些人還在堅持舊有的設(shè)計模式，認為優(yōu)化設(shè)計在眾多的設(shè)計方案中選擇最優(yōu)的一種是一種‘浪費，時間、精、方案的浪費。還有部分原因是一些設(shè)計人員的思維模式在經(jīng)歷了眾多的設(shè)計方案之后變得有些僵化，有些模式化，對創(chuàng)新失去了一定的敏感度。

2、優(yōu)化設(shè)計技術(shù)人員素養(yǎng)跟不上

建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計技術(shù)人員是建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的主體與主導(dǎo)，在優(yōu)化設(shè)計行為中占據(jù)著關(guān)鍵作用，建筑結(jié)構(gòu)為人所設(shè)計，建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化的具體實施也為人所運作，其更是為人所服務(wù)，建筑本身只是一個存在物，其設(shè)計與實施都與人脫不了干系。但是就目前情況而言，人員方面仍然還存在著一些問題，除了上述的創(chuàng)新意識不夠之外，最大的問題就是技術(shù)人員的素養(yǎng)問題，包括工作素養(yǎng)與生活素養(yǎng)及個人素養(yǎng)等等，工作素養(yǎng)表面上看似與個人的素養(yǎng)與態(tài)度沒有多少關(guān)系，其實其中蘊含的關(guān)系是相互聯(lián)系、相互作用的?，F(xiàn)今很多人說選擇了一個職業(yè)其實是選擇了一種生活方式，若是對工作不滿意，難免會敷衍過關(guān)。

3、片面強調(diào)節(jié)約投資從而降低了技術(shù)和質(zhì)量標準

建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計具有經(jīng)濟性，其經(jīng)濟性是市場經(jīng)濟條件下對資源配置提出的新要求。經(jīng)濟性是指通過建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計，最大化的節(jié)約各種材料資源，達到減少建設(shè)成本的目標。另外，各種材料資源都存在一定的稀缺特性，建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計能科學(xué)合理的減少材料的使用量，節(jié)省建設(shè)材料使用成本。在這結(jié)構(gòu)優(yōu)化倡導(dǎo)中，難免會有些人乘此機會做出另一種形式的‘優(yōu)化設(shè)計，很多建筑企業(yè)的設(shè)計理念本就是以節(jié)約為本，在此背景下，不難想象會出現(xiàn)片面強調(diào)節(jié)約投資，從而降低技術(shù)和質(zhì)量標準的現(xiàn)象。

三、結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用

1、直覺優(yōu)化（概念設(shè)計優(yōu)化）技術(shù)與建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計。對于同一建筑方案，可以有許多不同的結(jié)構(gòu)布置設(shè)計；確定了結(jié)構(gòu)布置的建筑物，即使在同種荷載情況下也存在不同的分析方法；分析過程中設(shè)計參數(shù)、材料、荷載的取值也不是惟一的：建筑物細部的處理更是不盡相同，這些問題是計算機無法完全解決的，都需要設(shè)計人員自己作出判斷。而判斷只能在結(jié)構(gòu)設(shè)計的一般規(guī)律指導(dǎo)下，根據(jù)工程實踐經(jīng)驗進行，這便是前面所說的概念設(shè)計。因此，概念設(shè)計存在于設(shè)計師對多種備選方案進行選擇的過程中。

2、概念設(shè)計處理的實際建筑設(shè)計問題。概念設(shè)計所要處理的問題多種多樣。但可以肯定的是希望通過概念設(shè)計，建筑結(jié)構(gòu)能在各種不期而遇的外部作用下不受破壞，或?qū)⑵茐某潭冉抵磷畹汀Ｒ虼?，分析如何?yīng)付建筑物可能遭遇的各種不確定因素成為概念設(shè)計的重要內(nèi)容。其中，地震作用最為難以琢磨，破壞性也最大。故而，建筑設(shè)計過程中就應(yīng)該未雨綢繆，從計算及構(gòu)造等各個方面都要采取一些有助于提高抗震能力的措施，不利于抗震的作法則應(yīng)盡量避免。剛度均勻、對稱是減小地震在結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生不利影響的重要手段；延性設(shè)計則能有效地防止結(jié)構(gòu)在地震作用下發(fā)生脆性破壞；多道設(shè)防思想能使建筑在特大地震作用下次要的構(gòu)件先破壞，消耗一部分地震能量。這些抗震設(shè)防思想在整個設(shè)計過程中都應(yīng)該作為概念設(shè)計的重要指導(dǎo)思想。