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

涂永佳

摘 要： 建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化的方法有很多，在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，合理選擇建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法，不僅能夠降低大量的能源消耗，優(yōu)化建筑外觀和性能，還能夠提高房屋結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與安全性。近些年來，隨著人們生活品質(zhì)的提高，人們對房屋結(jié)構(gòu)各方面的要求也在不斷提升，優(yōu)化房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也因此顯得更加重要。本文就以房屋結(jié)構(gòu)為內(nèi)容，對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在其中的應(yīng)用進(jìn)行幾點(diǎn)分析和研究。

關(guān)鍵詞： 建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化；房屋結(jié)構(gòu)；應(yīng)用

引言

在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中采用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法，是提升房屋整體質(zhì)量的關(guān)鍵。設(shè)計(jì)人員要針對房屋質(zhì)量、環(huán)境情況進(jìn)行深入了解，結(jié)合建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的具體方法，對房屋結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，最終達(dá)到節(jié)約建筑成本、提高房屋結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的目的。

1.建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法的現(xiàn)實(shí)意義

房屋的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)專業(yè)性較強(qiáng)，并且還有極強(qiáng)的系統(tǒng)化和理論化的特征。一般而言，設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之時(shí)，需要考慮多項(xiàng)指標(biāo)，不僅需要對美學(xué)指標(biāo)、建筑使用功能價(jià)值指標(biāo)進(jìn)行分析，同時(shí)還需要分析建筑結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況和建筑設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。

在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，應(yīng)用建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法，對房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的意義重大。不僅能夠滿足了建筑的實(shí)用性與美觀性，而且還可以有效地對工程造價(jià)進(jìn)行控制。對于建筑商來說，其當(dāng)然希望用最少的投資，而獲得最大的收益。但同時(shí)，又必須對建筑結(jié)構(gòu)的科學(xué)性、可靠性以及安全性做出保證，基于這些要求，進(jìn)行房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化，就顯得非常必要了。

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化和傳統(tǒng)房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行比較設(shè)計(jì)者可以發(fā)現(xiàn)：運(yùn)用設(shè)計(jì)優(yōu)化的技術(shù)能夠降低建筑的工程造價(jià)。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)能夠使得建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)部的每個(gè)單元都得到最佳的協(xié)調(diào)，并可以對材料的性能進(jìn)行最合理的利用。這樣不僅能夠保證相關(guān)規(guī)定的安全系數(shù)，還能夠?qū)崿F(xiàn)對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性與實(shí)用性

2.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)中應(yīng)用的相關(guān)對策

在分析了建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的現(xiàn)實(shí)意義基礎(chǔ)上，對建筑結(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)用進(jìn)行幾點(diǎn)具體分析：

2.1建立結(jié)構(gòu)優(yōu)化的模型

在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程中，引入建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，主要包括如下幾個(gè)方面，具體進(jìn)行分析：

2.1.1要對設(shè)計(jì)變量進(jìn)行合理的選擇

首先，如果在進(jìn)行設(shè)計(jì)變量選擇的時(shí)候，就必須要將影響建筑結(jié)構(gòu)的主要參數(shù)作為設(shè)計(jì)變量。比如：目標(biāo)控制相關(guān)參數(shù)，與約束控制相關(guān)參數(shù)等等，但是在實(shí)際的設(shè)計(jì)中，還有存在一些影響不大，變化范圍也不明顯，只要結(jié)構(gòu)相關(guān)，就可以滿足相關(guān)設(shè)計(jì)要求的參數(shù)，這些參數(shù)就可以用預(yù)定參數(shù)表示，如果采用這樣的方法，就能夠大大降低設(shè)計(jì)量、計(jì)算量以及編制程序的工作量。

其次，就是要明確相關(guān)設(shè)計(jì)函數(shù)，設(shè)計(jì)人員要從大量函數(shù)以及指標(biāo)當(dāng)中，將房屋剛進(jìn)尺寸與橫截面積相對應(yīng)的一組函數(shù)指標(biāo)確定下來，然后對每個(gè)組別的函數(shù)性質(zhì)進(jìn)行分析，目的是最大限度降低工程成本。

最后，要衡量結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的條件，從房屋建筑工程的特點(diǎn)來看，人們對房屋的安全性、耐用性、穩(wěn)定性的要求是非常高的，因此設(shè)計(jì)時(shí)，必須要考慮到這幾個(gè)方面。房屋整體構(gòu)架的穩(wěn)定性、局部受力限制、房屋結(jié)構(gòu)墻體縫隙限制以及整體構(gòu)架的體系規(guī)格洗漱等都需要進(jìn)行分析，在實(shí)踐中，必須要結(jié)合建筑這些具體情況，進(jìn)行分析比較，才能夠保障設(shè)計(jì)符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和需要。

2.1.2對目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行確定

在完成結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型構(gòu)建之后，則需要對目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行確定，首先，需要找到能夠滿足預(yù)定條件的截面，以及相應(yīng)的尺寸、鋼筋的及面積等等，之后去頂失效概率函數(shù)，進(jìn)而減少工程造價(jià)。

2.1.3對約束條件進(jìn)行確定

進(jìn)行房屋結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的目的就是為了提高結(jié)構(gòu)的可靠性與安全性，因此要求設(shè)計(jì)者必須要從裂縫快速約束、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度約束、尺寸約束等很多方面對約束條件進(jìn)行確定，同時(shí)還要從正常使用極限狀態(tài)下彈性約束到最終極限狀態(tài)的彈性約束等方面對約束條件進(jìn)行確定。并且，還要將實(shí)際約束條件與目標(biāo)約束條件進(jìn)行對比分析，確保每個(gè)約束條件都能夠達(dá)到最優(yōu)設(shè)計(jì)。

2.2對優(yōu)化設(shè)計(jì)的計(jì)算方案進(jìn)行設(shè)定

在進(jìn)行房屋結(jié)構(gòu)優(yōu)化的過程中，計(jì)算方案設(shè)定是不可缺少的重要方面，房屋結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的特點(diǎn)就是會有多約束且非線性的復(fù)雜多變量，這就要求設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)過程中，要仔細(xì)進(jìn)行計(jì)算和分析，將有約束的優(yōu)化問題向無約束的優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化，通常轉(zhuǎn)化的方法包括拉式乘子法以及復(fù)合形法、Powcll法等。

2.3進(jìn)行程序的相關(guān)設(shè)計(jì)

在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中運(yùn)用建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法，程序相關(guān)設(shè)計(jì)是很關(guān)鍵的，設(shè)計(jì)人員在完成上述設(shè)計(jì)之后，就要從房屋的實(shí)際情況和條件出發(fā)，將房屋結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)基本模型以及優(yōu)化設(shè)計(jì)的基本方法，編寫一個(gè)功能完善、用途齊全、運(yùn)行高效的程序。然后，設(shè)計(jì)者則要針對以上分析的結(jié)論進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，從整體衡量經(jīng)濟(jì)利益、施工材料成本、施工技術(shù)之間的聯(lián)系，能夠達(dá)到一個(gè)最佳的綜合效果，及節(jié)約了成本，又能夠改進(jìn)和完善施工技術(shù)。

2.4結(jié)果分析

通過以上對房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方面的分析，選擇出最優(yōu)化的設(shè)計(jì)方案，在這個(gè)過程中，設(shè)計(jì)者應(yīng)該從整體上對房屋設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，既要保障建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的美觀性、也要保障結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性，同時(shí)還要降低施工成本，減少能源與資金消耗，當(dāng)然，保障了這些方面的內(nèi)容，也不能忽視技術(shù)上的要求，設(shè)計(jì)者要兼顧以上要求和技術(shù)要求，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益與社會效益的雙重提高。

3.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)的實(shí)踐應(yīng)用

房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的中，包括前期、整體等很多方面，針對建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)在房屋設(shè)計(jì)中的應(yīng)用進(jìn)行具體分析：

3.1結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化應(yīng)注意前期參與

在前期設(shè)計(jì)方案中，應(yīng)用建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法，能夠有效降低工程造價(jià)，但是在目前很多結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)者往往會忽視工程前期方案設(shè)計(jì)，這就要求設(shè)計(jì)者要更加注重前期參與，能夠在這個(gè)環(huán)節(jié)中，選擇更加合理的設(shè)計(jì)方案，才能夠更好的推進(jìn)我國房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的創(chuàng)新與發(fā)展。

3.2概念設(shè)計(jì)結(jié)合細(xì)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化

在應(yīng)用建筑結(jié)構(gòu)方法的過程中，設(shè)計(jì)者要關(guān)注結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)部分的優(yōu)化設(shè)計(jì)，比如，地震強(qiáng)度預(yù)防設(shè)計(jì)，因?yàn)榈卣鸬牟淮_定因素太多，預(yù)測非常難，并且無法找到與實(shí)際相符的計(jì)算式，因此如果想要對地震強(qiáng)度進(jìn)行預(yù)防設(shè)計(jì)，只能夠使用概念設(shè)計(jì)的方法，將相應(yīng)的數(shù)值作為參考與輔助相關(guān)依據(jù)。同時(shí)在設(shè)計(jì)過程中，相關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員必須合理并靈活的使用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的方法，從而達(dá)到最佳的效果。

在設(shè)計(jì)過程中必須對細(xì)部的結(jié)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)計(jì)優(yōu)化，例如，在現(xiàn)澆的混i}；}土異形的板料，其拐彎處容易開裂，設(shè)計(jì)者可以簡化成知形板，然后再合理的選擇鋼筋，在滿足其結(jié)構(gòu)的基本要求條件下，達(dá)到既安全又經(jīng)濟(jì)的目的。

3.3下部地基基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)優(yōu)化

在下不地基基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)這個(gè)方面的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)者必須要科學(xué)、合理的進(jìn)行方案選擇，能夠根據(jù)工程地質(zhì)條件的要求，選擇相應(yīng)的樁基類型，并減少工程造價(jià)。另外，還要根據(jù)樁端持力層的厚度，合理選擇灌注樁的樁長度，整合多個(gè)方案進(jìn)行分析，從中選擇最最優(yōu)化的設(shè)計(jì)方案。

結(jié)束語

進(jìn)行房屋結(jié)構(gòu)優(yōu)化，是我國建筑行業(yè)發(fā)展到一定階段的必然結(jié)果，也是我國資源環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的必然要求，在這樣的背景下，在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中引入建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法，能夠降低從前期設(shè)計(jì)到下部地基結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的成本，提升建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與安全性，最終實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)收益與社會效益的雙重提升。本文對此進(jìn)行了幾個(gè)方面的分析，希望通過文本的研究能夠位相關(guān)的設(shè)計(jì)者提供一些建議和參考。

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