建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

王志華

身份證412728196803150898

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

王志華

身份證412728196803150898

近幾年，隨著人們生活水平的不斷提高，對生活質(zhì)量和居住環(huán)境的要求不斷增加，建筑工程原材料市場以及人工費(fèi)用在不斷的增長，導(dǎo)致開發(fā)商的利潤不斷降低。開發(fā)商如果想一味迎合人們的住房胃口，就必須增加建設(shè)資金的投入，但是這樣會導(dǎo)致房地產(chǎn)公司沒有辦法獲得更高的利潤，導(dǎo)致整個(gè)房產(chǎn)公司的資金運(yùn)作鏈中斷。為了有效緩解這種情況的發(fā)生，必須加強(qiáng)優(yōu)化技術(shù)，降低建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的成本。為此，本文主要分析建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；優(yōu)化方法；應(yīng)用

1 引言

隨著我國人民經(jīng)濟(jì)水平的不斷提高，對住房質(zhì)量要求不斷增加，人們開始重視房屋建筑的美觀性、經(jīng)濟(jì)性、實(shí)用性。就目前情況來看，在房屋建筑工程建設(shè)的過程中，因?yàn)槭┕さ臋C(jī)械化，建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件的工廠預(yù)制、加工所占比重不斷減小，大部分施工工序以及購件需現(xiàn)場進(jìn)行施工，這樣就導(dǎo)致建筑工程施工周期增長，施工難度不斷提高。所以，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程中，可以采用結(jié)構(gòu)優(yōu)化的方式，不斷提升工程施工的便利性，同時(shí)采用結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的方式，增加建筑工程的穩(wěn)定性與經(jīng)濟(jì)性。由此可見，再進(jìn)入結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)集中加強(qiáng)優(yōu)化方式的運(yùn)用是非常重要的。

2 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)概述

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是在房屋建筑工程實(shí)際施工過程中，有限的利用科學(xué)技術(shù)，優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，將空間的利用率不斷增加。在建筑結(jié)構(gòu)時(shí)候畫設(shè)計(jì)的過程中，必須保證空間布局以及設(shè)計(jì)之間關(guān)系的合理性、科學(xué)性、專業(yè)性。隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，設(shè)計(jì)技術(shù)的要求不斷提升，必須加強(qiáng)對設(shè)計(jì)技術(shù)的創(chuàng)新。就目前情況看，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)，主要是對建筑整體進(jìn)行優(yōu)化，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程中優(yōu)化技術(shù)，起到了非常重要的作用。在設(shè)計(jì)中，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要是各種建筑設(shè)計(jì)的依據(jù)和基礎(chǔ)。為此，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，需要根據(jù)建筑工程的實(shí)際情況進(jìn)行。，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程中加入優(yōu)化技術(shù)的應(yīng)用。著重體現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益以與質(zhì)量效益。在具體的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，需要進(jìn)行長遠(yuǎn)的考慮，保證建筑方案整體的合理性。這樣在現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程中可以節(jié)省30%的費(fèi)用。在一定程度上，有效地節(jié)省了經(jīng)濟(jì)成本，避免經(jīng)濟(jì)失衡情況的發(fā)生。建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的進(jìn)行，還可以協(xié)調(diào)施工過程中各個(gè)部門之間的關(guān)系，合理的使用施工資源，提升資源的有效利用率，保證建筑工程結(jié)構(gòu)的整體性、安全性、經(jīng)濟(jì)性，有效地提升建筑工程的應(yīng)用價(jià)值。

3 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法的必要性

將建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法應(yīng)用到房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，可以使建筑工程項(xiàng)目的施工成本得到有效的控制，保證建筑工程的美觀性、實(shí)用性。對建筑施工企業(yè)來講，希望可以用最少的投資得到最大的經(jīng)濟(jì)效益，所以，必須保證建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全性、科學(xué)性、合理性，這樣就必須加強(qiáng)對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化。與傳統(tǒng)的房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相比，結(jié)果優(yōu)化設(shè)計(jì)方法具有以下優(yōu)點(diǎn)：1.有效地保證了建筑結(jié)構(gòu)的安全性；2.科學(xué)合理的協(xié)調(diào)建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)部的全部單位；3.科學(xué)合理地使用建筑施工材料；4.時(shí)間煮，施工成本降低6%～35%。在建筑房屋結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的過程中，合理的使用優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，能夠有效地保證建筑物的使用價(jià)值，提高建筑物的經(jīng)濟(jì)價(jià)值與環(huán)保價(jià)值。在優(yōu)化方案過程中，節(jié)省建筑單位的資金投入，降低建筑工程施工成本。建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)的房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相比，能夠增加施工企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，為用戶提供更好的居住環(huán)境。通過優(yōu)化建筑工程結(jié)構(gòu)施工中的各種資源，比如建筑施工材料、結(jié)構(gòu)布局等，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)與施工材料的有效結(jié)合，共同發(fā)揮建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化作用。建筑物的面積隨著建筑物層數(shù)的增加而不斷提高，想要保證建筑工程具有良好的實(shí)際效果，就必須加強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，采用最佳的優(yōu)化方案，提高建筑工程結(jié)構(gòu)的質(zhì)量。

4 建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化步驟分析

4.1 構(gòu)建優(yōu)化模型

首先，科學(xué)的選擇建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)變量。在變量選擇的過程中，應(yīng)該將影響建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的參數(shù)作為變量。比如，建筑物的損失期望值、建筑結(jié)構(gòu)造價(jià)值、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的可靠性等進(jìn)行嚴(yán)格的控制，這些技術(shù)相關(guān)的目標(biāo)參數(shù)，又是建筑約束控制的參數(shù)值。對于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中影響范圍較小、變化面積較小的因素，可以將其視為部分設(shè)計(jì)參數(shù)值；在具體的實(shí)踐過程中，可以采用用預(yù)定是參數(shù)來表示，并將其作為依據(jù)來減小設(shè)計(jì)，計(jì)算變量，減小建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案編制過程中的工作量，有效地提升設(shè)計(jì)工作效率。其次，目標(biāo)函數(shù)的確定。在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化時(shí)，應(yīng)該找到符合相關(guān)規(guī)定的尺寸和條件的鋼筋截面面積、已經(jīng)失效的概率函數(shù)，通過這種方法可以有效地減少建筑施工成本的浪費(fèi)。最后，科學(xué)地確定約束條件。在建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)該有效地保證建筑結(jié)構(gòu)的安全性、整體性、科學(xué)性，合理地確定建筑結(jié)構(gòu)約束條件。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，應(yīng)該對目標(biāo)的性質(zhì)、實(shí)際應(yīng)用性質(zhì)等約束條件科學(xué)化的進(jìn)行對比與分析，保證相關(guān)約束條件能夠有效地滿足建筑施工的整體要求，以保證建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的最優(yōu)化。

4.2 結(jié)果分析

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化過程中最重要的一步就是結(jié)果分析，對計(jì)算機(jī)中獲得的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)的分析，根據(jù)分析的結(jié)果制定優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的過程中，需要對各種因素進(jìn)行綜合的考慮，努力的完成建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)工作。在建筑施工的過程中，會應(yīng)用到大量的資金、勞動(dòng)力，優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)的主要目的是在最大程度上講的上述指標(biāo)，并且保證建筑工程施工的質(zhì)量。所以，在建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的過程中應(yīng)該加強(qiáng)對以下幾方面的重視：第一，明確建筑涉及與經(jīng)濟(jì)之間的平衡點(diǎn)，有效的降低兩者之間的矛盾，在高新技術(shù)的應(yīng)用下降低經(jīng)濟(jì)費(fèi)用的支出；第二，要加強(qiáng)理解高新技術(shù)對經(jīng)濟(jì)效益帶來的影響，必須認(rèn)識他技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展，有效的降低了不必要經(jīng)濟(jì)的支出，所以，必須加強(qiáng)對技術(shù)發(fā)展的重視。

5 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

房屋建筑工程施工過程中，特別是結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，其主要目標(biāo)就是加強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的功能與建筑施工的質(zhì)量，并在此基礎(chǔ)上加強(qiáng)建筑工程建設(shè)的經(jīng)濟(jì)效益，為此，應(yīng)該在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中不斷提高專業(yè)技術(shù)的能力，采用先進(jìn)的設(shè)計(jì)技術(shù)，合理的選擇設(shè)計(jì)方案，并對建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，以此來保證建筑結(jié)構(gòu)的安全性、使用性、經(jīng)濟(jì)性。

5.1 對建筑結(jié)構(gòu)整體與局部的優(yōu)化

在進(jìn)行房屋的建筑設(shè)計(jì)過程中存在著復(fù)雜性、層次性這兩個(gè)特點(diǎn)。首先，從房屋建筑結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性來說，要注意選擇建筑材料，材料必須符合使用標(biāo)準(zhǔn)，還要結(jié)合具體情況，選擇建筑結(jié)構(gòu)類型；其次，從建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的層次性來說，要對建筑內(nèi)部做出整體優(yōu)化，可從建筑局部的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、建筑使用設(shè)備、電氣設(shè)計(jì)、安裝體系等方面著手。除此之外，可將整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與局部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)同時(shí)進(jìn)行優(yōu)化，由此形成一個(gè)綜合性的結(jié)構(gòu)體系，這樣一來能夠使房屋的安全性與合理性得到提升，而且能夠減少不必要的浪費(fèi)，另外，要盡力保證建筑結(jié)構(gòu)整體的協(xié)調(diào)優(yōu)化，保證建筑的截面面積與建筑高度相協(xié)調(diào)，避免出現(xiàn)墻位錯(cuò)誤的現(xiàn)象，在設(shè)計(jì)過程中，還可以適當(dāng)運(yùn)用幾何結(jié)構(gòu)，從而使建筑達(dá)到簡潔、美觀的視覺效果。在電梯和樓梯的設(shè)計(jì)過程中，要保證其穩(wěn)固性，可以在減輕其自身重力的同時(shí)注意對材料的選擇（選擇承重能力較強(qiáng)的材料）。無論是進(jìn)行整體結(jié)構(gòu)優(yōu)化還是局部結(jié)構(gòu)優(yōu)化都需要制定出合理的結(jié)構(gòu)方案，另外，“部分決定整體”，設(shè)計(jì)人員可通過先做好局部設(shè)計(jì)方案，經(jīng)過整合之后再完成整體設(shè)計(jì)，達(dá)到局部帶動(dòng)整體的效果。

5.2 柱網(wǎng)布局和平面布置的優(yōu)化設(shè)計(jì)

在建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)過程中采用柱網(wǎng)布局，柱網(wǎng)布局決定了柱子之間的跨度（縱向或者橫向相鄰的兩個(gè)柱子之間的間距），柱網(wǎng)的尺寸通常在5.4米到10.5米之間，如果柱子之間的相鄰距離較小那么其傳力途徑就會變短，殤，不說要復(fù)合的面積就會變小，跨中彎距變小，梁高度變低，但是這樣會導(dǎo)致柱子的數(shù)量變多，建筑內(nèi)部空間變小，停車場車位配置效率降低。所以，柱網(wǎng)布局是否合理，對建筑工程的綜合造價(jià)及建筑上部結(jié)構(gòu)有很大的影響。此外，柱子的截面形狀與尺寸對工程造假也有著非常大的影響，所以合理的使用柱網(wǎng)布局、柱子截面的形狀以及梁系的布置對工程造價(jià)的影響是非常明顯的。下面我們將結(jié)合某工程地下室的布置情況進(jìn)行分析。首先，以地下室頂板為例，當(dāng)頂板的厚度、荷載、柱子間距離相同時(shí)，次梁截面積及布置方式也相同的情況下。方案一采用的是400x800的主梁，方案二采用的是400x900的主梁。在方案一中混凝土的使用量是0.38，方案二的混凝土使用量是0.39，相對比方案一的混凝土使用量較小，但是鋼筋的使用量40.95比38.81多了部分，這樣只是從數(shù)值上很難進(jìn)行比較，我們再根據(jù)最新的施工材料造價(jià)信息單價(jià)進(jìn)行比較，三級鋼3600元／頓，C30混凝土320元／?，經(jīng)過比較之后發(fā)現(xiàn)：方案二在經(jīng)濟(jì)上更具有優(yōu)勢。同時(shí)也對，工程本身的實(shí)際情況進(jìn)行綜合考慮，最終選用了方兒的結(jié)構(gòu)布置進(jìn)行設(shè)計(jì)。然后將地下一層為例，在荷載、柱子的距離、頂板的厚度相同的前提下，分別采用不同的結(jié)構(gòu)布置方式進(jìn)行設(shè)計(jì)，方案一采用的是“井”字梁系，方案二采用的是單向次梁系，通過相應(yīng)的計(jì)算數(shù)據(jù)顯示，方案一混凝土使用量0.29大于方案二混凝土使用量0.25，同時(shí)方案一鋼筋含量26.59也大于方案二鋼筋含量23.8，所以，該地下工程梁系布置方案使用的是方案二布置方式。

5.3 建筑物下部地基基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

這對建筑工程下部地基基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的過程中，設(shè)計(jì)人員必須選擇合適的設(shè)計(jì)方案，比如，結(jié)合建筑工程實(shí)際施工情況選擇最佳的樁基礎(chǔ)類型，盡量降低施工工程造價(jià)，在按照樁基礎(chǔ)頂端持力層的厚度對灌注樁的長度進(jìn)行科學(xué)合理的選擇，對集中優(yōu)化設(shè)計(jì)方案進(jìn)行合理的對比，進(jìn)一步選擇出最優(yōu)化的設(shè)計(jì)方案。比如，某建筑物結(jié)構(gòu)的原設(shè)計(jì)時(shí)用的是樁筏基礎(chǔ)，通過對該結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，將樁筏基礎(chǔ)改為樁基礎(chǔ)。設(shè)置兩樁承臺、三樁承臺、四樁承臺和梁式承臺。在對這部分進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的過程中，需要考慮的是基礎(chǔ)力度傳遞的最短路徑，但是需要保證總沉降值和不均勻沉降值。樁筏基礎(chǔ)相對于樁基礎(chǔ)來講，增加了一塊整體的筏板，將整體受力轉(zhuǎn)變?yōu)榫植渴芰?，增加了傳遞的途徑，但是也增加了施工材料的使用量，雖然浪費(fèi)了施工材料，但是可以有效地控制不均勻沉降。根據(jù)地建筑工程實(shí)際情況來講，如果需要同時(shí)滿足總沉降、不均勻沉降以及地基承載力的要求，使用天然基礎(chǔ)會比使用樁基礎(chǔ)更好，并且施工方法簡單，施工時(shí)間短，所使用的費(fèi)用也相對便宜，不失為一個(gè)好的選擇。

5.4 做好后澆帶設(shè)計(jì)

通常來說，在進(jìn)行地基結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)人員需要根據(jù)混凝土的具體情況與施工現(xiàn)場的土質(zhì)相結(jié)合，之后確定科學(xué)的后澆帶方式，為了避免混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)變形以及由于混凝土不均勻沉降而出現(xiàn)開裂的現(xiàn)象，對后澆帶進(jìn)行合理的使用，除此之外，在這一過程中，要保證地基的基礎(chǔ)層一直到房屋頂板與后澆帶設(shè)置在同一個(gè)區(qū)域內(nèi)，還有一點(diǎn)要求就是確?；炷恋牡燃夁m當(dāng)?shù)母哂趦蓚?cè)混凝土。在后澆帶施工完成之后，要在保證混凝土強(qiáng)度達(dá)標(biāo)的情況下開展后期的施工，而想要混凝土的強(qiáng)度達(dá)到規(guī)定，要求工作人員認(rèn)真工作，保證后澆帶呈現(xiàn)出完全封閉狀態(tài)，待混凝土強(qiáng)度達(dá)標(biāo)后，拆除支撐。另外，在地基的實(shí)際施工過程中，會受到各種因素的影響，比如由于結(jié)構(gòu)應(yīng)力出現(xiàn)集中效果減弱情況，混凝土受到溫度變化的影響，可能會出現(xiàn)裂縫現(xiàn)象，所以這就是使用后澆帶的目的，但是，在施工中，部分地基工程項(xiàng)目中有的無法使用后澆帶，這需要設(shè)計(jì)人員做好相關(guān)工作，首先，需明確后澆帶所具有的斷面形式；其次，根據(jù)水位的不同區(qū)域，在后澆帶的下方安設(shè)防水板。

6 結(jié)束語

隨著我國時(shí)代的發(fā)展和經(jīng)濟(jì)水平的不斷提高，我們在保證建筑的安全性和實(shí)用性的同時(shí)對建筑的美觀性和和經(jīng)濟(jì)性方面的要求也正在不斷地提高。既要保證建筑安全、實(shí)用，還要做到建筑經(jīng)濟(jì)、美觀，與此同時(shí)也要加強(qiáng)對施工便利性和時(shí)效性的考慮。所以對要建筑結(jié)構(gòu)做工完整的優(yōu)化設(shè)計(jì)也是十分重要的。而完善合理的建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)可以讓這些要求全部實(shí)現(xiàn)并且統(tǒng)一化。在這篇文章中，作者結(jié)合了自己的親身工作經(jīng)驗(yàn)和學(xué)習(xí)到的相關(guān)知識，對房屋建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行了全方面的介紹，并且闡述了對建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法和房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方法的應(yīng)用。

[1]張葉紅.關(guān)于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用探究[J].門窗,2014(11).

[2]王也.建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].中華民居(下旬刊),2013(3):81～82.

[3]佟月強(qiáng),郝明.試論結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)及在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].科技與企業(yè),2012(8):252.