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

趙端

（太原理工大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院 山西省太原市 030024）

自改革開放以來，我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈，建筑行業(yè)作為事關(guān)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的核心型產(chǎn)業(yè)，是關(guān)系到國(guó)計(jì)民生的重要問題。就目前來看，人們對(duì)建筑物的要求不僅體現(xiàn)在建筑物質(zhì)量及穩(wěn)定性上，建筑物的美觀及結(jié)構(gòu)也是其關(guān)注的重點(diǎn)，且是衡量整體實(shí)力的關(guān)鍵指標(biāo)[1]。因此，對(duì)于我國(guó)建筑業(yè)來說，為了提升自身的核心競(jìng)爭(zhēng)力，需要對(duì)房屋結(jié)構(gòu)深入研究，探索出科學(xué)的設(shè)計(jì)方法，對(duì)其質(zhì)量結(jié)構(gòu)進(jìn)行不斷優(yōu)化，在對(duì)建筑物穩(wěn)定性進(jìn)行保證的基礎(chǔ)上，保證建筑物的美觀度。

1 房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法淺析

1.1 概況分析

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化指的是對(duì)房屋建筑材料自身的性能充分發(fā)揮，從而實(shí)現(xiàn)各構(gòu)件及各環(huán)節(jié)的相互配合，對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，可以實(shí)現(xiàn)房屋建筑結(jié)構(gòu)的良好優(yōu)化。相較于以往開展的結(jié)果設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化不僅可保證結(jié)構(gòu)的安全，還能將價(jià)值學(xué)及審美學(xué)的相關(guān)觀點(diǎn)融入其中，對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平不斷提高，使得房屋建筑的整體性得到保證[2]。

1.2 要點(diǎn)分析

①對(duì)房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行協(xié)調(diào)。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化需要建筑工程各環(huán)節(jié)的協(xié)作開展，是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程。針對(duì)房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，需要對(duì)房屋建筑的美觀度進(jìn)行提高。而結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)就是針對(duì)房屋建筑結(jié)構(gòu)而開展合理設(shè)計(jì)的一種方法。兩者之間相互配合，相互合作，從而對(duì)建筑工程造價(jià)進(jìn)行降低，使得房屋的實(shí)用性及經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行提高，最終實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的合理化設(shè)計(jì)。②遵循結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)各項(xiàng)規(guī)范。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化工作的開展需要有經(jīng)濟(jì)豐富且專業(yè)水平高的技術(shù)設(shè)計(jì)人員來進(jìn)行，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中也需要對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)各項(xiàng)規(guī)范完全遵循。但是，需要注意的是，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范是針對(duì)所有建筑過程，因而一些規(guī)范并不適用所有建筑工程，其安全性也不太高。因此，在對(duì)房屋建筑結(jié)構(gòu)開展結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作時(shí)，在對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范嚴(yán)格遵守的條件下，還應(yīng)結(jié)合房屋建筑的實(shí)際情況，做到具體問題具體分析，正確判斷房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)形勢(shì)，對(duì)房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，進(jìn)而使得結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量及經(jīng)濟(jì)效益都得以提高。

1.3 重要性分析

在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法可以實(shí)現(xiàn)物美價(jià)廉的作用，不但可以保證房屋建筑的美觀度，還能有效節(jié)省工程造價(jià)。對(duì)于建筑商來說，都希望在對(duì)建筑結(jié)構(gòu)長(zhǎng)遠(yuǎn)效益進(jìn)行滿足的前提下，最大程度對(duì)建筑結(jié)構(gòu)所需要花費(fèi)的投資額進(jìn)行減少，并對(duì)建筑物的結(jié)構(gòu)科學(xué)性進(jìn)行保證。只有這樣，才能實(shí)現(xiàn)建筑物的可持續(xù)發(fā)展，實(shí)現(xiàn)企業(yè)長(zhǎng)遠(yuǎn)效益。而與傳統(tǒng)的房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作相比，利用設(shè)計(jì)優(yōu)化方法可以降低建筑物施工造價(jià)15%左右。實(shí)現(xiàn)房屋結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的技術(shù)性，可以最大程度發(fā)揮出材料的性能，且更好地協(xié)調(diào)建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)部單元，使得建筑物的安全性也得到滿足。同時(shí)，優(yōu)化技術(shù)還能為建筑整體方案設(shè)計(jì)出有效的途徑。可以看出，優(yōu)化技術(shù)是實(shí)現(xiàn)建筑物設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)、安全的有效方式。

2 建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的具體步驟

2.1 建立結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型

在建筑工程施工中，工程設(shè)計(jì)人員在開展結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)需要事前建立優(yōu)化模型，并設(shè)計(jì)好結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案。在建立建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)模型時(shí)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)對(duì)其中涉及到的主要設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行明確，之后根據(jù)數(shù)據(jù)分析結(jié)構(gòu)構(gòu)建相應(yīng)的函數(shù)模型。利用科學(xué)方法，計(jì)算出優(yōu)化結(jié)構(gòu)。在建立結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型時(shí)，主要步驟如下：①選取合理設(shè)計(jì)變量，進(jìn)而對(duì)模型構(gòu)建更好完善。在選取變量時(shí)，要注意其可能對(duì)房屋結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的影響，區(qū)分好參數(shù)重要性，保證設(shè)計(jì)工作的合理性，減少工程涉及到的計(jì)算量。②需要對(duì)目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行確定。設(shè)計(jì)人員應(yīng)對(duì)函數(shù)優(yōu)化條件事先滿足，之后對(duì)這種約束條件可能產(chǎn)生的效果進(jìn)行分析。設(shè)計(jì)人員在優(yōu)化結(jié)構(gòu)時(shí)，需要對(duì)這些約束條件進(jìn)行分析，對(duì)裂縫寬度、強(qiáng)度都充分保證。

2.2 設(shè)計(jì)計(jì)算方案及程序

設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意對(duì)計(jì)算方案進(jìn)行優(yōu)化。在這過程中，計(jì)算方案中涉及較多的變量及約束條件。因此設(shè)計(jì)人員計(jì)算時(shí)應(yīng)對(duì)這些約束條件充分了解，之后合理分析，在考慮工程變量基礎(chǔ)上，科學(xué)運(yùn)用數(shù)學(xué)計(jì)算方案，之后再開展優(yōu)化設(shè)計(jì)。在建立模型及確定相應(yīng)設(shè)計(jì)方案后，設(shè)計(jì)人員需要根據(jù)方案制定出詳細(xì)程序，將變量錄入計(jì)算機(jī)后，之后會(huì)涉及到設(shè)計(jì)變動(dòng)問題。這時(shí)就需要改寫基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，將變動(dòng)后的程序錄入計(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)只需要有相應(yīng)的編程數(shù)據(jù)，就會(huì)得出相應(yīng)結(jié)果。

2.3 結(jié)果分析

當(dāng)計(jì)算機(jī)得出編程結(jié)果后，需要對(duì)其詳細(xì)分析，進(jìn)而選擇出最合適的設(shè)計(jì)方案。在實(shí)際開展的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作中，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要與建筑結(jié)構(gòu)規(guī)范相符合，設(shè)計(jì)人員也應(yīng)充分了解多方因素，從多方面選擇，進(jìn)而對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更好完善，充分降低建筑難度。房屋結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的目標(biāo)就是對(duì)施工企業(yè)的施工成本進(jìn)行降低，且不會(huì)對(duì)施工質(zhì)量產(chǎn)生影響。在設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)人員應(yīng)充分考慮建筑經(jīng)濟(jì)性問題，之后對(duì)技術(shù)與經(jīng)濟(jì)性之間產(chǎn)生的矛盾合理解決。

3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法在房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的實(shí)際應(yīng)用

3.1 局部或整體優(yōu)化

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化較為復(fù)雜，且設(shè)計(jì)時(shí)具有層次性特點(diǎn)，因此在設(shè)計(jì)過程中應(yīng)對(duì)建筑安裝體系充分考慮。結(jié)構(gòu)相關(guān)體系及整體設(shè)計(jì)中又會(huì)延伸出若干個(gè)體系，設(shè)計(jì)人員在對(duì)房屋進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)需要對(duì)下屬系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，沖破橫向關(guān)聯(lián)性，實(shí)現(xiàn)疊加工程的具體效果。而在復(fù)雜性上，設(shè)計(jì)工作涉及到零部件選擇、材料選擇等問題，需要從建筑整體入手，實(shí)現(xiàn)建筑物的設(shè)計(jì)優(yōu)化。

3.2 階段性優(yōu)化、樁基礎(chǔ)優(yōu)化

設(shè)計(jì)人員按照節(jié)段的不同特點(diǎn)及工程實(shí)際情況，對(duì)優(yōu)化方式進(jìn)行確定，開展階段性優(yōu)化，對(duì)建筑整體壽命進(jìn)行延長(zhǎng)。在對(duì)建筑質(zhì)量進(jìn)行保證時(shí)，還應(yīng)考慮到增加經(jīng)濟(jì)效益的問題。預(yù)制樁與灌注樁都是建筑樁基礎(chǔ)，在整體施工中，灌注樁涉及到的操作技巧十分復(fù)雜，對(duì)質(zhì)量難以很好控制，耗費(fèi)時(shí)間較長(zhǎng)，因此在符合沉降標(biāo)準(zhǔn)條件下，應(yīng)充分結(jié)合預(yù)制樁施工，簡(jiǎn)化工序。

3.3 協(xié)調(diào)建筑優(yōu)化與結(jié)構(gòu)優(yōu)化

在結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)過程中，需要對(duì)建筑物整體平面與結(jié)構(gòu)之間的配合進(jìn)行保證。建筑物施工需要實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)潔性的建筑系統(tǒng)，支柱與墻體要良好對(duì)接，截面面積與高度都要保持相同。在對(duì)樓體進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，由于轉(zhuǎn)角區(qū)域自身承受力的作用較多，因此需要將承重材料轉(zhuǎn)變?yōu)楦邚?qiáng)材料，實(shí)現(xiàn)對(duì)自重的降低。保證建筑物整體的重心、剛心與質(zhì)心的良好交疊，防止出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)。

4 結(jié)語

總的來說，在社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的大背景下，在建筑業(yè)中應(yīng)用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法是大勢(shì)所趨。它可在對(duì)房屋安全性及實(shí)用性進(jìn)行保證的前提下，使得建筑物的美觀度大大提升，減少原材料的使用數(shù)量，進(jìn)而提高建筑企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。因此，設(shè)計(jì)人員需要采取有效對(duì)策，在房屋建筑中合理利用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，保證建筑整體性能。

[1]范國(guó)興.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)用研究[J].雞西大學(xué)學(xué)報(bào)，2014，1408：23～25.

[2]唐益林.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].建材與裝飾，2017，01：93～94.