房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法的應(yīng)用分析

王麗娟

（上海構(gòu)智建筑科技有限公司 上海 200233）

引言

在經(jīng)濟不斷發(fā)展的推動下，人們在追求物質(zhì)文明的同時，也更加重視精神感受。衣食住行，早已不僅僅只是為了滿足人們生活的基本需求，而是有了越來越高的要求。對于住房來說，人們對其的要求不僅僅只是滿足居住，對于建筑的安全、舒適、美觀等都有更高的要求，而且對于建筑的經(jīng)濟性、節(jié)能性也給予了高度重視。這就要求我們在實施房屋設(shè)計的過程中，不僅要滿足基本結(jié)構(gòu)所需，而且要通過科學(xué)的設(shè)計，不斷的優(yōu)化，全面提升建筑物的美觀舒適、經(jīng)濟適用、節(jié)能環(huán)保等性能。

1 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化概述

在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計是其中的重要組成部分。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化，就是根據(jù)相關(guān)理論和經(jīng)驗，對結(jié)構(gòu)設(shè)計展開完善和再規(guī)劃，從而使建筑結(jié)構(gòu)整體具有更好的性能、更低的成本。隨著人們對于房屋的要求越來越高，在設(shè)計過程中展開結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化已經(jīng)得到了行業(yè)和社會的高度重視。然而，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化是一項十分復(fù)雜的任務(wù)。對結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，必然導(dǎo)致更多的問題，比如設(shè)計成本的增加、建筑成本的改變、建筑材料的革新、建筑工藝的改進等等。因此，這就更需要設(shè)計人員采用科學(xué)、謹慎地態(tài)度，切實有效做好優(yōu)化工作。

就房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的內(nèi)容來說，主要包括以下兩部分：①對房屋建筑結(jié)構(gòu)的整體優(yōu)化；②對房屋建筑結(jié)構(gòu)的局部優(yōu)化，包括對主體、房頂、基礎(chǔ)等結(jié)構(gòu)展開的優(yōu)化[1]。

2 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的意義

2.1 降低建筑工程成本

通過建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化，能夠有效降低建筑工程的整體成本。當前，隨著社會的不斷發(fā)展，高層建筑的數(shù)量也與來越多，與常規(guī)多層建筑相比，高層建筑最大的優(yōu)勢在于占地面積小，空間體積大，從而使得用地成本大幅下降。然而，建筑物高度越高，也會有較大概率出現(xiàn)樓層不協(xié)調(diào)狀況。在這種情況下，土地節(jié)約量有可能無法滿足建筑高度增加帶來的負面影響。所以，在結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中，決不能單獨考慮建筑高度和建筑樓層，必須將其放在建筑整體環(huán)境和整體成本范疇內(nèi)展開綜合評估。

2.2 提升建筑整體性能

對于建筑物來說，樓層的增加必然會導(dǎo)致建筑整體框架以及承重柱的承載能力發(fā)生變化，由此給建筑整體帶來諸多影響，比如墻體面積必然需要增加，梁柱體積可能因此而加大，結(jié)構(gòu)自重也會隨之升高，建筑內(nèi)部的各種管線配置同樣受到很大的影響。另外，由于樓層的增加，建筑高度也會隨之增加，就使得墻面范圍也會隨之發(fā)生變化，這樣，圓形建筑、方形建筑更多會被采用，從而盡量縮小外墻周長，減少房屋室內(nèi)外裝修面積，而且也能夠一定程度上提升建筑的整體受力，在確保建筑安全穩(wěn)定的前提下，最大化的提升建筑整體性能。

3 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的原則

（1）安全性原則。建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化，必須高度重視安全性原則，在全面保障建筑安全的前提下，展開科學(xué)優(yōu)化，完善結(jié)構(gòu)的設(shè)計。決不能簡單的為了追求節(jié)約而忽視安全的重要性。

（2）適用性原則。實用性原則也是建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化的重要原則，通過科學(xué)的優(yōu)化，讓建筑物具備基礎(chǔ)功能的同時，具備更多功能，從而滿足人們的生活需求，也讓建筑物具備更大的價值。

（3）環(huán)保性原則。隨著人們對于節(jié)能環(huán)保的重視程度越來越高，環(huán)保性也成為結(jié)構(gòu)優(yōu)化的重要目標。通過科學(xué)的優(yōu)化，減少建筑對于環(huán)境的破壞和能量的消耗。比如，在建造過程中盡量多使用綠色材料，結(jié)構(gòu)設(shè)計中盡量多利用日光、通風等自然條件，使建筑具備較好的冬季保暖，夏季通風性能。

（4）可靠性原則。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的過程中，決不能忽視建筑質(zhì)量的要求，一味追求成本降低、功能多樣、外觀美麗等等。必須以保證建筑質(zhì)量為基礎(chǔ)，對建筑設(shè)計展開優(yōu)化，從而實現(xiàn)建筑的性能提升和成本的降低。

由此我們可以看出，建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化，保證建筑結(jié)構(gòu)的安全、可靠和科學(xué)是基礎(chǔ)。就建筑機構(gòu)優(yōu)化的過程來看：①應(yīng)當根據(jù)建筑工程的實際狀況以及建筑的需求，建立結(jié)構(gòu)優(yōu)化所需要的優(yōu)化模型，并以此為基礎(chǔ)找到合理的變量和參數(shù)；有效的優(yōu)化模型，是實現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化的保障；②要設(shè)定合理的優(yōu)化目標函數(shù)，優(yōu)化目標既能夠作為建筑整體性能的考慮，也是機構(gòu)優(yōu)化的重要約束，優(yōu)化目標函數(shù)是實現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化的基礎(chǔ)[2]。

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

4.1 整體與局部優(yōu)化

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化，是一項十分復(fù)雜的系統(tǒng)性工作。在結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的過程中：①在設(shè)計時，就必須從系統(tǒng)工程的思維，對建筑工程的各個子系統(tǒng)展開統(tǒng)籌規(guī)劃；從而保證在優(yōu)化設(shè)計的時候，能夠全面保障各子系統(tǒng)的目標、功能和聯(lián)系；②由于對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計實施優(yōu)化，必然會對建筑的材料、結(jié)構(gòu)、配件等產(chǎn)生影響，這就使得設(shè)計優(yōu)化必須建立在整體優(yōu)化的前提下。

建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，主要包括了對計算模型和計算方案的優(yōu)化兩方面構(gòu)成的。建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，實質(zhì)上就是針對建筑設(shè)計中的重要變量設(shè)定參數(shù)，以此為基礎(chǔ)確立函數(shù)模型，從而對模型展開優(yōu)化。具體來說，模型建立包括變量選擇和目標函數(shù)確定兩部分。設(shè)計變量選擇是優(yōu)化的核心，變量的選擇決定了參數(shù)的設(shè)定，也決定了優(yōu)化作業(yè)的難易程度。目標函數(shù)的確定需要建立在找到最優(yōu)解的基礎(chǔ)上；然后確定目標函數(shù)的約束條件，包括建筑的應(yīng)力、尺寸、彈性、塑形和強度等等，建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化必須保證在約束許可范圍內(nèi)展開。

4.2 建筑主體結(jié)構(gòu)的優(yōu)化

建筑主體結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，是核心內(nèi)容就是運用模型，確保系統(tǒng)科學(xué)合理的前提下，對機構(gòu)剪力墻的設(shè)計展開優(yōu)化。主要內(nèi)容包括以下三點：①對剪力墻的數(shù)量展開科學(xué)計算；②建立建筑剪力墻統(tǒng)一的質(zhì)量管控標準，從而滿足整體結(jié)構(gòu)的重心要求，最大程度避免建筑受到地震等災(zāi)害的損傷；③確保建筑質(zhì)量符合工程要求的前提下，盡量使控制墻的數(shù)量最少[3]。

4.3 概念設(shè)計結(jié)合細部結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化

所謂概念設(shè)計，就是在沒有具體量化數(shù)據(jù)的前提下，展開優(yōu)化設(shè)計，比如，對于建筑抗震防裂度的設(shè)計，在缺乏有效的量化標準的情況下，就必須應(yīng)用概念設(shè)計。這就要求設(shè)計人員在優(yōu)化設(shè)計的過程中，基于建筑的實際狀況，靈活掌握設(shè)計方法。比如，就建筑的防震需求，可根據(jù)建筑的不同采用不同的抗震措施，通過不同的方法，實現(xiàn)相同的抗震性能優(yōu)化的目的。

4.4 協(xié)調(diào)性設(shè)計

結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化，要高度重視建筑結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)性，使建筑與平面的關(guān)系得到進一步加強，通過結(jié)構(gòu)設(shè)計得到進一步強化。在結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，通過對建筑內(nèi)部各組件的合理配置，確保各組件功能得到最大化體現(xiàn)；對于建筑空間和深度，要從整體的角度使系統(tǒng)具備最優(yōu)性，從而為整體性能提供最大化保護。

4.5 分析計算結(jié)果，選擇優(yōu)化方案

對結(jié)果的分析，是結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的重要內(nèi)容，對于優(yōu)化的效果具有至關(guān)重要的作用。首先，對計算所得的數(shù)據(jù)展開全面分析，獲取數(shù)據(jù)體現(xiàn)的信息，然后以此為基礎(chǔ)，制定優(yōu)化設(shè)計方案。同時，在結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化過程中，要從多角度、全方面給予考慮，特別對各種阻礙性因素，要給予全面控制，從而為結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的實施打下堅實的基礎(chǔ)。對于建筑工程來說，需要考慮成本、工藝、材料、工期等眾多因素，結(jié)構(gòu)優(yōu)化就是要保證建筑指標的同時，實現(xiàn)投入性指標盡可能最小化，產(chǎn)出性指標盡可能最大化。所以，在建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化過程中，要科學(xué)對待技術(shù)和經(jīng)濟之間的關(guān)系，找到科學(xué)的平衡點。

5 小結(jié)

綜上所述，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化對于房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計有重要意義，在實際工作中，要高度重視建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法的具體應(yīng)用。通過科學(xué)合理的優(yōu)化措施，全面保證房屋建筑的質(zhì)量，控制建筑的成本，為人們提供更加安全、可靠、舒適的住房。

[1]丁可.建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中概念設(shè)計與結(jié)構(gòu)措施的應(yīng)用探析[J].工程技術(shù)研究，2016（6）：129.

[2]郭睿.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].住宅與房地產(chǎn)，2017（3）：93.

[3]范國興.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)用研究[J].雞西大學(xué)學(xué)報，2014（8）：23～25.