房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化策略

朱慧鵬

（北京清水愛派建筑設(shè)計股份有限公司太原分公司 山西太原 030012）

引言

隨著社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人民生活水平不斷提高，人們對于房屋結(jié)構(gòu)有了更高的要求，不但要求其安全實用，還要求具有一定的審美和經(jīng)濟(jì)性，能夠更加有效地利用房屋空間。隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展及土地資源的短缺，未來的房屋建筑將會以高層或超高層為主。而且現(xiàn)在越來越多的年輕人由于各方面的原因更傾向于選擇設(shè)計合理，空間利用率高的小戶型。這些都要求建筑商在房屋設(shè)計階段要充分考慮房屋的使用性能，進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化。同時建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化應(yīng)用于房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中，也能夠節(jié)省工程成本，提高工程質(zhì)量，增加建筑企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

1 房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的優(yōu)化技術(shù)應(yīng)用的意義

房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的優(yōu)化技術(shù)應(yīng)用的意義主要表現(xiàn)為以下兩個方面，首先，對于施工企業(yè)而言，能夠大大提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)收益，根據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)分析可知，傳統(tǒng)建筑設(shè)計模式下的房屋施工花費的資金比現(xiàn)代結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計模式下的房屋施工費用多30%，因此，經(jīng)過結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的房屋建筑項目能夠降低施工企業(yè)的施工成本，從而提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)收益。另一方面，房屋建筑的直接受益對象是消費者，在經(jīng)過結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的房屋建筑中居住或辦公能夠有效提高人們的舒適度。

2 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

2.1 形狀優(yōu)化

形狀優(yōu)化是指在指定的房屋結(jié)構(gòu)下，根據(jù)要求調(diào)整結(jié)構(gòu)外部設(shè)計，或者調(diào)整房屋內(nèi)部結(jié)構(gòu)部件的幾何形狀，以優(yōu)化房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計的實用性、經(jīng)濟(jì)性。由于形狀設(shè)計優(yōu)化方法需要不斷改變分析、計算模型，模型的改變勢必需要重新生成有限元網(wǎng)格，網(wǎng)格的增加使原有結(jié)構(gòu)設(shè)計關(guān)系網(wǎng)更加復(fù)雜。使用形狀優(yōu)化方法，在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中單元結(jié)構(gòu)、房屋性能和設(shè)計變量之間不再是線性關(guān)系，它的敏度分析和有限元計算比尺寸優(yōu)化復(fù)雜且量多，因此形狀優(yōu)化設(shè)計方法難度比尺寸優(yōu)化大的多。

2.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化技術(shù)與建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的結(jié)合

建筑物的設(shè)計通常從結(jié)構(gòu)的布置開始展開，只有定了結(jié)構(gòu)布置之后，才能結(jié)合相應(yīng)的負(fù)荷要求來確定具體的參數(shù)、材料的要求，這些數(shù)據(jù)分析不僅要借助于計算機(jī)，還應(yīng)當(dāng)結(jié)合人工的測量和計算，經(jīng)過大量的測量和數(shù)據(jù)分析，才能做出最科學(xué)的判斷。這就要求相關(guān)的技術(shù)工作人員，要樹立積極工作、認(rèn)真負(fù)責(zé)的工作態(tài)度，不斷提高自我的專業(yè)水平，在一定的技術(shù)的支持下，盡可能對每一個環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)都做到詳細(xì)的記錄和分析，不忽視每一個環(huán)節(jié)，精準(zhǔn)的記錄，為以后的設(shè)計或者突發(fā)事故的處理，提供各項數(shù)據(jù)的可靠參考。

2.3 協(xié)調(diào)電氣優(yōu)化以及結(jié)構(gòu)的優(yōu)化

一般情況下，會在樓板或墻體以及金屬管體外部，以導(dǎo)線形式來安裝電氣管線。這種安裝方式增加了預(yù)制結(jié)構(gòu)施工的難度。因此要想讓管線從梁體穿過，就要在梁體上留下對應(yīng)的空洞，并且要確保相應(yīng)墻體同梁體有同樣的寬度。假如情況不同，就應(yīng)對齊梁體一面以及墻體一面，確保墻體表面沒有暴露出管線。此外，房屋的整體建筑上，在電梯會埋下非常多的建筑構(gòu)件且有較多空洞存在，而作為設(shè)計者要單獨地分析以及電梯區(qū)域的建筑，確保較為安全以及合理的設(shè)計，從而使施工質(zhì)量得以保障。

2.4 房屋建筑上層結(jié)構(gòu)的分析

對房屋建筑的結(jié)構(gòu)建設(shè)優(yōu)化分析，房屋上層建筑設(shè)計的結(jié)構(gòu)優(yōu)化處理是主要部分。房屋建筑設(shè)計的上層墻體建設(shè)中，剪力墻的作用對平衡房屋建筑的受力作用的分析上具有影響作用。如果在實際房屋建設(shè)中，房屋建筑設(shè)計的整體優(yōu)化情況改善通過增減剪力墻的長度進(jìn)行調(diào)節(jié)，促進(jìn)我國房屋建筑整體結(jié)構(gòu)的受力平衡性提高，使房屋建筑的受力面積提高，房屋建筑的剪力墻在實際中發(fā)揮的作用性越大，房屋建筑各個受力點之間的平衡關(guān)系性越均衡，房屋建筑的整體結(jié)構(gòu)優(yōu)化作用性越大。

2.5 房屋結(jié)構(gòu)外套框架結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計

基本思路。房屋結(jié)構(gòu)平面框架的優(yōu)化設(shè)計是一個多次及高次超靜定問題，框架荷載使用條件是不變的設(shè)計因素，因此優(yōu)化設(shè)計上也就剩下梁柱桿件截面尺寸為變量，因此可以通過調(diào)整相應(yīng)的截面尺寸進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。房屋基本框架中，任何一個梁柱截面積的尺寸發(fā)生改變，都會影響整個結(jié)構(gòu)內(nèi)力分布，然而這種影響僅僅只針對桿件附近內(nèi)力影響較大的情況。在每次優(yōu)化設(shè)計過程中，對于單個構(gòu)建截面尺寸發(fā)生改變的情況，往往需要重新計算結(jié)構(gòu)內(nèi)力，這樣必然會浪費大量時間。為此，在實際的操作中，就可以近似假定桿件截面尺寸的改變不會影響到框架內(nèi)力的重新分布，但是需要注意的是這個假定只能夠在一次優(yōu)化中使用，全部桿件優(yōu)化有獲得新的方案就需要放棄假定，對內(nèi)力進(jìn)行重新分析，這樣才能夠逐漸獲得最優(yōu)的方案，之后將最優(yōu)方案借助常規(guī)框架計算進(jìn)行一次分析即可。

2.6 優(yōu)化基礎(chǔ)設(shè)計

在結(jié)構(gòu)造價中，占據(jù)比重最大的是基礎(chǔ)造價，其決定了整個工程造價。在設(shè)計建筑基礎(chǔ)時，要恰當(dāng)選擇建筑基礎(chǔ)類型。通常情況下，底層建筑較多應(yīng)用淺埋天然基礎(chǔ)，而高層建筑較多應(yīng)用沉降控制符合基礎(chǔ)。對于深埋獨立地下室，可考慮采用補償式基礎(chǔ)。在進(jìn)行地下室設(shè)置時，要充分比較并驗證地下室的樁型、埋深、底板結(jié)構(gòu)形式、頂板結(jié)構(gòu)形式、抗浮水位、基坑圍護(hù)以及側(cè)墻設(shè)計等問題，同時要盡可能的降低工程造價。

3 結(jié)語

總之、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中有著重要的影響，對房屋結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計，可以使得建筑的功能與外形都得到一個科學(xué)的規(guī)劃與提升。因此，相關(guān)設(shè)計人員在滿足建筑使用要求與質(zhì)量的前提下，需要不斷精益求精的對房屋建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，才能夠滿足人們對于住房的需要。

[1]周漢杰.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[J].中華民居，2014（01）：117.

[2]鄭智垚，樂肖軍.結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化設(shè)計技術(shù)與其在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2011（02）：05.