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

薛 哲

（中恒工程設(shè)計(jì)研究院有限公司,四川 成都 610000）

0 引言

隨著近年來我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人民群眾的生活水平也在不斷提高，而對(duì)于生活質(zhì)量的要求自然也在隨著社會(huì)的發(fā)展和進(jìn)步明顯增加。房屋建筑作為城市發(fā)展和人們生活的基礎(chǔ)性設(shè)施，人們對(duì)于它的要求不再單單是外形美觀或者居住舒適，而是要求其不但好看，更有安全、舒適、合理。一下筆者就建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的概念、特點(diǎn)及其重要意義、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)用情況研究等相關(guān)問題進(jìn)行就簡要分析，并提出了簡單建議。

1 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的概念、特點(diǎn)以及重要意義

所謂建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化，主要是指建筑在最初的設(shè)計(jì)之時(shí)，除了要保障房屋建筑等的施工安全性以及實(shí)用性，還要能夠在基本滿足人們最基本生活要求的同時(shí)，盡量保證房屋結(jié)構(gòu)不僅美觀，還要合理、舒適，使得房屋建筑具有安全性、適用性、經(jīng)濟(jì)性、科學(xué)性、美觀等的綜合性設(shè)計(jì)方案。一般建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法普遍具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：

（1）建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法具有多樣性和綜合性的特點(diǎn)。

（2）建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法是與藝術(shù)等審美標(biāo)準(zhǔn)相融合的設(shè)計(jì)，直觀效果比較強(qiáng)。

（3）建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的安全系數(shù)得到了整體的提高。

（4）建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的適用性增強(qiáng)。

（5）建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)能夠體現(xiàn)當(dāng)今時(shí)代的低碳要素，具有節(jié)能性和環(huán)保性。

（6）建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)化趨向愈來愈明顯。

（7）建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)在管理中更加簡易、方便、快捷。

（8）建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)具有科學(xué)性

（9）建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)具有明顯的創(chuàng)新意識(shí)、突破了傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)形式。

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)用具有以下重要意義：

建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的應(yīng)用中，是以優(yōu)化房屋的結(jié)構(gòu)、保障房屋建筑的質(zhì)量及其安全為目的的。根據(jù)近年來我國城市建筑的發(fā)展趨勢(shì)以及科學(xué)技術(shù)的發(fā)展情況來看，與傳統(tǒng)的房屋設(shè)計(jì)相比，經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計(jì)的建筑所采取的設(shè)計(jì)理念以及設(shè)計(jì)技術(shù)更為先進(jìn)和科學(xué)，能夠充分發(fā)揮房屋建筑建材的性能以及其設(shè)備的性能的優(yōu)勢(shì)，成本支出也更為低廉，從而實(shí)現(xiàn)企業(yè)利益的最大化。除此之外，建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法應(yīng)用于房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，能夠?qū)崿F(xiàn)房屋建筑內(nèi)部結(jié)構(gòu)的協(xié)調(diào)和整合，有效提高房屋建筑的質(zhì)量以及安全性?，F(xiàn)代的建設(shè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案和傳統(tǒng)的建設(shè)房屋比較，運(yùn)用設(shè)計(jì)方法后的建筑可以降低工程的建設(shè)投入成本和投資，提高建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化方法，可以節(jié)省建設(shè)材料的使用，充分利用建設(shè)材料[1]。

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)中的應(yīng)用研究[1-4]

2.1 創(chuàng)建建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化模型

首先，在選擇相應(yīng)的變量的時(shí)候，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法能夠進(jìn)行合理化以及科學(xué)化地選擇設(shè)計(jì)的變量。

在房屋建筑設(shè)計(jì)的時(shí)候，設(shè)計(jì)者主要是將那些對(duì)建筑本身結(jié)構(gòu)造成影響的主要參數(shù)當(dāng)做建筑設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮的變量。比如：磚混結(jié)構(gòu)進(jìn)行方案設(shè)計(jì)時(shí)，這一結(jié)構(gòu)的承重墻上要避免一些不利情況，諸如洞口較大或錯(cuò)洞等。

其次，在對(duì)房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的時(shí)候，必須擁有一組符合預(yù)定條件的，并且必須符合相應(yīng)尺寸的鋼筋截面面積，以及那些已經(jīng)失效了的概率函數(shù)，然后確定相應(yīng)的目標(biāo)函數(shù)，這樣就能夠在一定程度上使建筑工程的整體造價(jià)達(dá)到最少。

除此之外，對(duì)于房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，必須要保證整個(gè)房屋建筑結(jié)構(gòu)整體的可靠性以及安全性，科學(xué)、合理地確定與優(yōu)化設(shè)計(jì)方面相關(guān)的約束條件。比如：房屋建筑墻面的裂縫的最大寬度限制、對(duì)于房屋建筑本身的強(qiáng)度約束、房屋建筑結(jié)構(gòu)的各個(gè)尺寸大小的約束、結(jié)構(gòu)內(nèi)部構(gòu)件的相關(guān)約束、結(jié)構(gòu)整體體系相關(guān)約束等限制和約束條件。并針對(duì)這些約束條件對(duì)房屋結(jié)構(gòu)進(jìn)行科學(xué)、客觀、全面、合理地分析以及優(yōu)化措施，保證房屋內(nèi)部的每一個(gè)相關(guān)的約束條件都能夠滿足對(duì)于整個(gè)建筑工程的要求，從而使得房屋建筑的效果以及其設(shè)計(jì)達(dá)到最佳。

2.2 科學(xué)設(shè)定優(yōu)化設(shè)計(jì)的相關(guān)方案

比如：黨房屋建筑內(nèi)部的居民數(shù)量較多，人口較為密集的時(shí)候，為保證每戶居民的良好通風(fēng)以及采光，就可以采用外伸翼塊的設(shè)計(jì)方案。

依據(jù)可靠度而開始進(jìn)行房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化通常都具有很多約束條件，有時(shí)會(huì)遇到非線性的相關(guān)優(yōu)化問題。所以在相應(yīng)的計(jì)算中，會(huì)進(jìn)行相應(yīng)的轉(zhuǎn)換，將有約束的優(yōu)化轉(zhuǎn)化成無約束的優(yōu)化，而相關(guān)的計(jì)算、方式有拉式乘子法等。房屋結(jié)構(gòu)基于可靠度的優(yōu)化設(shè)計(jì)問題屬于比較復(fù)雜的多變量、多約束非線性優(yōu)化問題，在計(jì)算過程中，通常是將有約束優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化為無約束問題求解?？梢岳玫膬?yōu)化設(shè)計(jì)計(jì)算方法有復(fù)合形法、拉氏乘子法等[2]。

2.3 設(shè)計(jì)相關(guān)應(yīng)用程序

依據(jù)可靠度而開始進(jìn)行房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化基本模型，以及在設(shè)計(jì)時(shí)運(yùn)用的相應(yīng)的計(jì)算方式，為了可以更好地實(shí)現(xiàn)其效果，能夠?qū)⑦@些編纂成一個(gè)運(yùn)算速度較快而且功能全面的綜合性、科學(xué)性的應(yīng)用程序。[3]如此一來，就能夠使得整個(gè)房屋建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在后期的施工階段做到更加全面、更加高效、更加安全地進(jìn)行。比如在房屋設(shè)計(jì)的整體結(jié)構(gòu)框架之中，電氣設(shè)計(jì)就是其中較為重要的部分，也是當(dāng)前在傳統(tǒng)的房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中可能存在嚴(yán)重缺陷的問題。根據(jù)以往的設(shè)計(jì)方案，房屋結(jié)構(gòu)所呈現(xiàn)出來的效果可能并不十分美觀，并且后期的安裝等工作也會(huì)有一定的難度。但是通過建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化方法，就能夠?qū)崿F(xiàn)房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)整體的合理性以及美觀感，同時(shí)還降低看后期施工的難度。如在電氣結(jié)構(gòu)的優(yōu)化安裝過程中，要做好電氣管線的安裝，工作人員需要對(duì)墻體等進(jìn)行整體的設(shè)計(jì)，保證墻體所在的一面必須與梁體的一面平齊。這樣不僅能夠保證電氣設(shè)計(jì)的安全，還能夠使得房屋結(jié)構(gòu)整體更為美觀。

2.4 綜合結(jié)果分析

在房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)得出有效的計(jì)算結(jié)果之后，就應(yīng)該對(duì)其進(jìn)行全面的分析和比較工作，之后選擇一個(gè)折中的、效果最佳的設(shè)計(jì)方案。而在這一結(jié)構(gòu)分析和比較的過程中，工作人員必須要對(duì)整個(gè)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的影響因素以及可能的結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面的、多角度的考慮。使得房屋建筑最大程度地呈現(xiàn)美觀的藝術(shù)性，以及擁有安全性、舒適性和合理性。除此之外，該設(shè)計(jì)方案同樣能夠使得建筑企業(yè)在降低成本支出的同時(shí)，提升其技術(shù)含量。將不僅做到保證以及提升房屋建筑的功能，還要重技術(shù)、重經(jīng)濟(jì)、設(shè)計(jì)創(chuàng)新、實(shí)用等落到實(shí)處。

3 結(jié)語

總而言之，隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，人們對(duì)于房屋建筑等基礎(chǔ)性設(shè)施的要求肯定會(huì)越來越高。各個(gè)建筑企業(yè)以及相關(guān)單位要科學(xué)、合理地將建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化方法應(yīng)用于房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)當(dāng)中去，使得房屋結(jié)構(gòu)不僅美觀，更要合理、安全、舒適。從而為人民群眾中的高檔生活提供更好的環(huán)境，為城市以及國家的發(fā)展建設(shè)做出貢獻(xiàn)。