探究建筑結(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

肖強(qiáng)

摘要：建筑在我國(guó)已經(jīng)有了幾千年的發(fā)展歷史，人們從山洞中移居出來(lái)，標(biāo)志著人類(lèi)文明開(kāi)始了進(jìn)一步的發(fā)展。對(duì)于現(xiàn)代來(lái)說(shuō)建筑行業(yè)飛速發(fā)展，建造出的建筑物不僅要具備使用價(jià)值，還要具備一定的美學(xué)價(jià)值。對(duì)于建筑物來(lái)說(shuō)建筑結(jié)構(gòu)應(yīng)該具備安全性、科學(xué)性、經(jīng)濟(jì)性、美觀性，同時(shí)還應(yīng)該在建筑施工時(shí)期能夠更加便捷。本文分析與房屋結(jié)構(gòu)優(yōu)化方面有關(guān)幾點(diǎn)因素，希望對(duì)房屋設(shè)計(jì)優(yōu)化起到一定的有益作用。

關(guān)鍵詞：建筑結(jié)構(gòu)；優(yōu)化設(shè)計(jì)；方法；應(yīng)用

隨著經(jīng)濟(jì)水平的提升，人們對(duì)與生活有關(guān)的事物也逐漸提高了要求，比如住房，為社會(huì)提供住房、建筑設(shè)施的建筑行業(yè)就因此面臨著更大的挑戰(zhàn)。如何既注重房屋的功能性和安全性，又能夠設(shè)計(jì)出具有藝術(shù)美感的房子已經(jīng)成了當(dāng)下不少建筑企業(yè)考慮的重點(diǎn)問(wèn)題。優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能夠?yàn)榉课菰O(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性、功能性提供保證，因此，在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作中應(yīng)該以建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化為前提條件，從房屋結(jié)構(gòu)的前期設(shè)計(jì)、基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)出發(fā)，使房屋的質(zhì)量得到保證、功能得到發(fā)揮、美得以體現(xiàn)。

1.建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化的重要性

優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)于房屋結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)其意義重大，它不僅能夠滿足建筑物具備美觀性、實(shí)用性的條件，還可以控制工程成本，增加企業(yè)收益。我國(guó)的建筑隨著時(shí)代的發(fā)展必然會(huì)越來(lái)越高，這就更應(yīng)該加強(qiáng)建筑設(shè)計(jì)的優(yōu)化，確保建筑的質(zhì)量。有相關(guān)調(diào)查數(shù)據(jù)表明，經(jīng)過(guò)房屋優(yōu)化設(shè)計(jì)的房屋會(huì)比未經(jīng)過(guò)優(yōu)化的房屋在工程造價(jià)上降低6%-35%。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化不僅使房屋結(jié)構(gòu)的每一個(gè)組成部分都更加協(xié)調(diào)合理，而且可以發(fā)揮出建筑材料的最佳性能，使企業(yè)的利潤(rùn)最大化。因此，建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化不僅能夠保證建筑物的安全性和功能性，還能夠使其更具經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性。

2.優(yōu)化房屋設(shè)計(jì)應(yīng)該遵循的原則

優(yōu)化房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)建筑的意義重大，因此在對(duì)房屋結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化時(shí)沒(méi)贏過(guò)，遵循建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的相應(yīng)原則，以保證結(jié)構(gòu)優(yōu)化的科學(xué)、合理性。①優(yōu)化設(shè)計(jì)應(yīng)該遵循以人為本的原則。房屋的建造最終是為了人類(lèi)服務(wù)。因此，房屋結(jié)構(gòu)優(yōu)化時(shí)應(yīng)該考慮到人們的實(shí)際需求是否得到了滿足，一些應(yīng)該具備的基本功能和設(shè)施不能夠簡(jiǎn)化；②房屋結(jié)構(gòu)優(yōu)化應(yīng)該遵循經(jīng)濟(jì)性原則。在進(jìn)行房屋結(jié)構(gòu)優(yōu)化時(shí)，不能夠一味的追求美觀而造成了企業(yè)的投入成本大于收益，過(guò)于華而不實(shí)的部分可以簡(jiǎn)化，應(yīng)該也將企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益考慮進(jìn)去，使項(xiàng)目資金和資源得到合理的分配利用，在不違背相關(guān)規(guī)定的情況下盡量節(jié)約企業(yè)成本；③在保證科學(xué)性的前提下進(jìn)行創(chuàng)新。房屋結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化時(shí)，應(yīng)該注重創(chuàng)新設(shè)計(jì)，在保證房屋整體結(jié)構(gòu)科學(xué)合理的情況下，可以更新設(shè)計(jì)思路、大膽進(jìn)行結(jié)構(gòu)改革，使建筑物實(shí)現(xiàn)即實(shí)用又美觀的最終目標(biāo)。

3.建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的方法、步驟

建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)由擬建建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)模型、確立建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化計(jì)算方案、程序設(shè)計(jì)和結(jié)果分析四大基本組成部分構(gòu)成。

3.1擬建結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型

建立結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化模型需要對(duì)建筑中多種變量中提取相應(yīng)的參數(shù)，然后根據(jù)這些參數(shù)來(lái)擬建函數(shù)模型，得出數(shù)據(jù)的最優(yōu)解。一般來(lái)說(shuō)，擬建模型首先需要選取合理的設(shè)計(jì)變量。設(shè)計(jì)變量在模型建立中起著非常重要的作用，這些變量會(huì)影響到日后計(jì)算參數(shù)的選擇，參數(shù)選擇是否正確決定著最終是否能夠得出正確的計(jì)算結(jié)果、減少計(jì)算變成的工作量。其次，就是目標(biāo)函數(shù)的確定。要確定目標(biāo)函數(shù)就應(yīng)該先找出滿足函數(shù)條件的最優(yōu)解。然后確定相關(guān)的約束條件，約束條件包括模型尺寸、強(qiáng)度等各方面的設(shè)置。最后擬建出的建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型，應(yīng)該保證各約束條件和相關(guān)數(shù)據(jù)都在規(guī)定范圍內(nèi)，這樣最后得出的數(shù)據(jù)才能夠符合設(shè)計(jì)需要。

3.2確定優(yōu)化設(shè)計(jì)計(jì)算方案

建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型擬定后，很多約束條件和變量參數(shù)都不是固定不變的，這些變化都會(huì)對(duì)優(yōu)化過(guò)程造成影響。因此，優(yōu)化設(shè)計(jì)計(jì)算就顯得尤為重要。分析計(jì)算進(jìn)行時(shí)應(yīng)該把能夠造成影響的所有約束條件轉(zhuǎn)化為無(wú)約束優(yōu)化問(wèn)題，同時(shí)將變量因素的變化全面考慮進(jìn)去，以保證優(yōu)化過(guò)程科學(xué)合理、順利的進(jìn)行。其常用的方法有復(fù)合形法、拉氏乘子法等。

3.3程序的設(shè)計(jì)

以房屋結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)模型和優(yōu)化設(shè)計(jì)計(jì)算方法為基礎(chǔ)，編寫(xiě)一套簡(jiǎn)潔又快速準(zhǔn)確的程序，并且將程序?qū)胗?jì)算機(jī)，然后將計(jì)算過(guò)程中涉及到的數(shù)據(jù)信息輸入系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)會(huì)根據(jù)程序數(shù)據(jù)自動(dòng)計(jì)算出最后的直觀結(jié)果。

3.4結(jié)果分析

相關(guān)人員要對(duì)電腦最后計(jì)算出的結(jié)果進(jìn)行分析和比對(duì)，選出最符合優(yōu)化設(shè)計(jì)的最佳方案。在對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析時(shí)，應(yīng)該充分考慮到各方面的問(wèn)題，而且對(duì)于這些問(wèn)題需要多角度多層次的去研討。結(jié)果分析可以說(shuō)是建筑設(shè)計(jì)優(yōu)化設(shè)計(jì)中最為關(guān)鍵的部分，前面的步驟都是在為這一步打基礎(chǔ)。選擇出的方案不僅應(yīng)該確保優(yōu)化后的房屋結(jié)構(gòu)美觀、安全系數(shù)高、功能性齊全，還應(yīng)該全面考慮建筑企業(yè)需要付出的成本和最終獲得的效益是否成正比。但是在結(jié)構(gòu)優(yōu)化中也不能為了投資成本一味的追求節(jié)約，還應(yīng)該保證相關(guān)技術(shù)符合國(guó)家的要求；也不能只為了追求先進(jìn)技術(shù)而舍棄了經(jīng)濟(jì)性能，必須要二者兼顧才能選擇出最合理的配置和最優(yōu)的方案。

4.建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案的應(yīng)用

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方案有著實(shí)踐性和應(yīng)用性?xún)纱筇攸c(diǎn)，將其應(yīng)用在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)該注意以下幾點(diǎn)：

4.1對(duì)房屋整體和局部的優(yōu)化

建筑物本身就存在著層次性和復(fù)雜性，但是這些必然存在的特點(diǎn)卻會(huì)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)產(chǎn)生影響。建筑的復(fù)雜性是指建筑物在建設(shè)時(shí)需要使用到非常多的建材和小部件，對(duì)于這方面進(jìn)行優(yōu)化的時(shí)候，應(yīng)該從整體入手，實(shí)現(xiàn)全面優(yōu)化；建筑物的層次性指建筑物整個(gè)的建筑體系和結(jié)構(gòu)體系，以及他們各自包含的下屬體系，對(duì)此進(jìn)行優(yōu)化時(shí)，應(yīng)該分門(mén)別類(lèi)的了解各個(gè)體系的狀態(tài)，有針對(duì)性的對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化。

4.2建筑使用壽命的優(yōu)化

建筑物的是否符合標(biāo)準(zhǔn)可以從建筑物的使用年限上來(lái)判斷。在進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的時(shí)候，企業(yè)要根據(jù)建筑物的不同外在條件和各階段的不同特點(diǎn)，結(jié)合建筑的實(shí)際情況展開(kāi)優(yōu)化、爭(zhēng)取能夠從建筑的各個(gè)小環(huán)節(jié)上提高其質(zhì)量，有小見(jiàn)大的增強(qiáng)建筑物的整體質(zhì)量，延長(zhǎng)建筑物的使用壽命。

4.3建筑物的地基基礎(chǔ)優(yōu)化

對(duì)建筑物的地基基礎(chǔ)進(jìn)行優(yōu)化，應(yīng)當(dāng)首先選擇一個(gè)最為合理的方案。然后根據(jù)建筑工程所在地的實(shí)際地質(zhì)環(huán)境選擇與之相匹配的地基類(lèi)型，以減少企業(yè)的工程造價(jià)。樁基也要根據(jù)工程實(shí)地的持力層情況選擇灌注樁長(zhǎng)度，然后在擬定好的各種方案中選擇最優(yōu)方案來(lái)展開(kāi)優(yōu)化工作。

5.結(jié)語(yǔ)

房屋的結(jié)構(gòu)決定著房屋的質(zhì)量和各種參數(shù)，優(yōu)化房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是建筑企業(yè)全面優(yōu)化的必要步驟。優(yōu)化房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要從房屋結(jié)構(gòu)的計(jì)算、重構(gòu)入手，全方面考慮各種變量因素，讓理論基礎(chǔ)與實(shí)際情況相結(jié)合，提升建筑的整體水平，爭(zhēng)取給使用者一個(gè)最完美的使用感受和外觀形態(tài)。建筑企業(yè)應(yīng)該充分利用建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，提升企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力，以獲得更多的經(jīng)濟(jì)效益，促進(jìn)企業(yè)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。