淺談房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化

安鵬飛

（北京亞瑞翰景建筑工程咨詢有限公司，北京 100071）

淺談房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化

安鵬飛

（北京亞瑞翰景建筑工程咨詢有限公司，北京 100071）

利用有限的資源打造美觀實(shí)用的住房建筑是建筑發(fā)展的目標(biāo)之一，在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的研究時(shí)主要針對(duì)房屋的實(shí)用、造價(jià)、美觀等幾個(gè)方面進(jìn)行調(diào)查研究，致力于找到合理的方案使房屋設(shè)計(jì)得到最大限度的優(yōu)化。

房屋；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；優(yōu)化分析

0 引言

房屋設(shè)計(jì)的優(yōu)化主要是針對(duì)在設(shè)計(jì)房屋的構(gòu)造時(shí)合理設(shè)計(jì)建造設(shè)計(jì)的各個(gè)因素，是房屋建筑設(shè)計(jì)中的各個(gè)因素如經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、美觀、造價(jià)等方面得到協(xié)調(diào)。一方面，在進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)要合理考慮建筑的實(shí)用性的問題。使房屋中的各個(gè)方位的設(shè)計(jì)都能滿足人們的生活的需求，同時(shí)讓各個(gè)層面的設(shè)計(jì)都以方便于人、服務(wù)于人為目的，實(shí)現(xiàn)最大化的實(shí)用的特點(diǎn)。第二是在滿足人們的生活需求的同時(shí)也要把經(jīng)濟(jì)和造價(jià)的因素考慮進(jìn)去，合理進(jìn)行建筑的造價(jià)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)低價(jià)打造高質(zhì)量建筑的要求。此外，在滿足實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性的基礎(chǔ)上還要考慮到美觀的問題。即要有一定的觀賞性，滿足人們的心理和視覺的要求。杜絕設(shè)計(jì)的時(shí)候過分強(qiáng)調(diào)實(shí)用性而忽略其他兩個(gè)方面的要求，同時(shí)也不能一味地追求經(jīng)濟(jì)和美感而忽視了建筑的實(shí)用性。

1 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的方法及意義

1.1 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的方法

在對(duì)房屋的建筑進(jìn)行優(yōu)化時(shí)要注意從房屋的各個(gè)層面進(jìn)行優(yōu)化，房屋的優(yōu)化設(shè)計(jì)主要包括房頂、周圍的支護(hù)部分、房屋的基礎(chǔ)部分等幾個(gè)方面。充分保證房屋的各個(gè)部分都進(jìn)行了結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，從部分到整體的優(yōu)化的方式是目前的房屋設(shè)計(jì)采取的一種比較可行的方法。此外，在對(duì)房屋的各個(gè)部分的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化后，整體的房屋的結(jié)構(gòu)質(zhì)量和優(yōu)化質(zhì)量也得到了一定程度的保證。優(yōu)化設(shè)計(jì)需要在一定的理論和實(shí)際操作的基礎(chǔ)上來進(jìn)行，合理計(jì)劃房屋的優(yōu)化措施，調(diào)查研究房屋的優(yōu)化的最佳手段，這對(duì)于房屋的整體設(shè)計(jì)質(zhì)量以及房屋的造價(jià)評(píng)估都有一定的幫助。對(duì)房屋的設(shè)計(jì)和建筑進(jìn)行造價(jià)的合理評(píng)估有利于房屋建筑的造價(jià)的節(jié)約，有利于節(jié)約資源。

1.2 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的意義

實(shí)施房屋的優(yōu)化設(shè)計(jì)不僅僅可以滿足當(dāng)前的節(jié)約資源的需求，同時(shí)也使房屋的建筑質(zhì)量得到了保障，使建筑的房屋具有高質(zhì)量、高層次的特點(diǎn)。在進(jìn)行建筑的優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，并不是僅僅局限于節(jié)約資源、降低房屋的建筑成本這一個(gè)方面來進(jìn)行設(shè)計(jì)的，從上文可以知道，房屋建筑的優(yōu)化設(shè)計(jì)是多層面的，它是著手于房屋的經(jīng)濟(jì)、美觀、實(shí)用等多方面的要求來進(jìn)行設(shè)計(jì)的。

2 房屋設(shè)計(jì)中建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的技術(shù)

2.1 概念設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)與房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化相結(jié)合

概念設(shè)計(jì)是相關(guān)建筑技術(shù)人員通常采用的一種建筑設(shè)計(jì)手段之一，這種方法是設(shè)計(jì)者先提出多個(gè)房屋設(shè)計(jì)方案，這些方案可以從不同的角度進(jìn)行設(shè)計(jì)，可以有針對(duì)房屋風(fēng)格、房屋的造價(jià)、房屋的實(shí)用性等方面來進(jìn)行設(shè)計(jì)，然后在提出的多種方案中綜合考慮找到最能夠體現(xiàn)房屋設(shè)計(jì)的優(yōu)化理念的一種方案。通常，技術(shù)人員會(huì)結(jié)合建筑的實(shí)際的場(chǎng)所，以及建筑的特點(diǎn)來選用最佳的方案。采取概念設(shè)計(jì)的方法來進(jìn)行房屋設(shè)計(jì)的建筑優(yōu)化能夠起到從優(yōu)中篩選出最佳的效果，一般選出的設(shè)計(jì)方案都能夠滿足建筑優(yōu)化的要求。選取的過程需要相關(guān)的建筑設(shè)計(jì)人員綜合性考慮并分析，這樣才能滿足房屋的優(yōu)化設(shè)計(jì)理念。

2.2 概念設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)與實(shí)際建筑的設(shè)計(jì)問題相結(jié)合

近年來，我國多個(gè)地區(qū)發(fā)生了不同級(jí)別的地震，這對(duì)我國人民的生活以社會(huì)的發(fā)展都有一定的限制，地震導(dǎo)致了多起因房屋建筑質(zhì)量不到位而引發(fā)悲劇。房屋建筑的抗震優(yōu)化應(yīng)該被充分地重視起來，結(jié)合抗震的設(shè)計(jì)方案和房屋整體的設(shè)計(jì)來進(jìn)行房屋的建筑設(shè)計(jì)，這樣才能保障房屋的抗震性能。因?yàn)榈卣鸩豢深A(yù)料，地震的級(jí)別以及區(qū)域更是不確定的，因此，很難根據(jù)一個(gè)地區(qū)的實(shí)際情況來進(jìn)行抗震的設(shè)計(jì)。這時(shí)可采用概念設(shè)計(jì)的方法來進(jìn)行房屋的建筑設(shè)計(jì)，綜合考慮房屋的各方面的設(shè)計(jì)因素。在抗震的設(shè)計(jì)中至少要能夠保障以下幾點(diǎn)：房屋在遇到級(jí)別小的地震時(shí)能夠不被破壞；遇到中級(jí)的地震能夠保持不倒而進(jìn)一步地進(jìn)行修復(fù)；遇到大級(jí)別的地震時(shí)房屋能夠不被地震震倒，防止因?yàn)榉课萁ㄖ脑蛟斐扇藛T傷亡。在進(jìn)行房屋的優(yōu)化建筑的理念中常見的一種為多道設(shè)防，這種方案是為了減輕房屋倒塌對(duì)于人們的影響。這種理念具體是在發(fā)生地震時(shí)，房屋的主要的骨架部分非常堅(jiān)固，沒有倒塌，只是房屋的一些次要的部分發(fā)生不同程度的損壞。在進(jìn)行房屋建筑設(shè)計(jì)的優(yōu)化時(shí)結(jié)合兩種理念即概念設(shè)計(jì)和多道設(shè)防思想，盡可能做到最大限度的地震防護(hù)。

3 房屋設(shè)計(jì)中建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的步驟

3.1 構(gòu)造結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化模型

構(gòu)建結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的模型函數(shù)可以科學(xué)地估量房屋的造價(jià)，因此確定這個(gè)優(yōu)化模型至關(guān)重要，一般是選用那些對(duì)最后的結(jié)果即整體的建筑設(shè)計(jì)影響很大的建筑設(shè)計(jì)的因素作為所建立的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化模型的自變量，選擇對(duì)建筑設(shè)計(jì)影響大的因素作為計(jì)算的自變量能夠使后續(xù)的分析的工作順利進(jìn)行。在確立了自變量之后要進(jìn)一步確定目標(biāo)函數(shù)，目標(biāo)函數(shù)一般選取的因素是最后的建筑設(shè)計(jì)的優(yōu)化的表現(xiàn)即為最終的建筑造價(jià)。此外，構(gòu)建這個(gè)函數(shù)需要滿足一定的限制的條件。在約定的條件下進(jìn)行函數(shù)的運(yùn)算。

3.2 選定結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方案

上文構(gòu)建的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的模型函數(shù)是一個(gè)比較復(fù)雜的函數(shù)，它具有很多的不確定因素，因此在進(jìn)行分析時(shí)也比較復(fù)雜，存在一些人工計(jì)算和分析比較困難的步驟。解決這種比較復(fù)雜的函數(shù)時(shí)可以使用計(jì)算機(jī)的方法來進(jìn)行計(jì)算和統(tǒng)計(jì)，這樣得出的數(shù)據(jù)比較科學(xué)，同時(shí)，操作也比較簡單。

3.3 進(jìn)行計(jì)算機(jī)編程

雖然利用計(jì)算機(jī)來計(jì)算和分析結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的模型函數(shù)存在一定的優(yōu)勢(shì)比如簡單易行，但是利用計(jì)算機(jī)來進(jìn)行分析操作的同時(shí)要先做一個(gè)計(jì)算機(jī)的編程，建立好這個(gè)編程才能進(jìn)行運(yùn)算，進(jìn)行建立計(jì)算機(jī)編程的操作也是需要一定的資費(fèi)的，因此也要合理設(shè)計(jì)所建立的計(jì)算機(jī)編程，使其能夠合理計(jì)算并分析出函數(shù)模型的結(jié)果，此外，也要考慮到建立計(jì)算機(jī)的編程所需要的費(fèi)用，合理運(yùn)用經(jīng)費(fèi)，保證操作的合理性、科學(xué)性和經(jīng)濟(jì)性。

3.4 實(shí)例分析

在運(yùn)用上述優(yōu)化理論對(duì)某七層現(xiàn)澆寫字樓工程設(shè)計(jì)中，將建筑工程所處地區(qū)的水文地質(zhì)、溫濕度、風(fēng)向風(fēng)速及降水量等因素進(jìn)行了全面分析，并進(jìn)行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化工作。包括：1）建筑基礎(chǔ)拉梁設(shè)計(jì)優(yōu)化，針對(duì)高層較低設(shè)計(jì)較大基礎(chǔ)拉梁，保證建筑抗震結(jié)構(gòu)及拉梁正負(fù)彎矩與建筑上部混凝土框架處于一致狀態(tài)。2）基礎(chǔ)荷載設(shè)計(jì)優(yōu)化，因該建筑層數(shù)不多，在進(jìn)行優(yōu)化時(shí)，只需考慮到風(fēng)荷載問題。3）框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化，應(yīng)用準(zhǔn)則法，通過遞推公式，最終獲得優(yōu)化結(jié)構(gòu)。4）計(jì)算周期設(shè)計(jì)優(yōu)化，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)計(jì)算周期進(jìn)行一定的折減.如填充墻砌體屬于輕質(zhì)型，則折減系數(shù)控制在0.7～0.8范圍內(nèi)；如填充墻砌體為重質(zhì)型，則其折減系數(shù)控制在0.6～0.7范圍內(nèi)。

4 房屋設(shè)計(jì)中建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性

4.1 房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中用地面積方面的經(jīng)濟(jì)性

由于我國的土地資源逐年遞減，隨著時(shí)代的發(fā)展，我國許多的城市出現(xiàn)了大量的高層的建筑。進(jìn)一步對(duì)這些高層建筑進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)，高層建筑節(jié)約了地面的土地資源，有效地緩解了土地的壓力，但是同時(shí)高層建筑的增加給現(xiàn)代的樓房建筑增加一定的難度，施工、設(shè)計(jì)等方面都受到一定的限制。此外，由于高層建筑的高度升高，如果不合理安排設(shè)計(jì)樓房之間的間距會(huì)出現(xiàn)有些樓層沒有太陽光的情況，影響住房的質(zhì)量。日照和高層建筑設(shè)計(jì)都是高層樓房的建筑時(shí)的限制因素，影響著建筑的優(yōu)化設(shè)計(jì)。此外，隨著樓層的高度的增加，抗震的難度也在增加，同樣的建筑的施工質(zhì)量和設(shè)計(jì)方案可能保障不了高層建筑在地震中的安全。因此，合理對(duì)高層建筑設(shè)計(jì)，選出最佳的設(shè)計(jì)的方案，做到最大限度的建筑優(yōu)化。

4.2 房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中造價(jià)方面的經(jīng)濟(jì)性

隨著建筑的高度的升高，在進(jìn)行高層建筑的施工時(shí)也出現(xiàn)不少的難度和限制因素，在進(jìn)行高層建筑的建筑優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，要綜合考慮高層建筑的造價(jià)問題，因?yàn)閷訑?shù)的增加，相應(yīng)的建筑材料用量以及其他的一些材料的質(zhì)量要求在增高，同時(shí)建筑的費(fèi)用也在增加。這時(shí)，要綜合考量建筑的造價(jià)的問題，做到設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性和合理性。房屋的總造價(jià)并不是一直隨著層數(shù)的增高而增加的，通過以往的經(jīng)驗(yàn)可以知道，達(dá)到一定高度的層數(shù)之后，建筑的造價(jià)會(huì)出現(xiàn)降低的趨勢(shì)。至于這個(gè)具體的層數(shù)是多少還需要合理進(jìn)行設(shè)計(jì)加以計(jì)算出來。

4.3 高層住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性

由上文可知，建筑的層數(shù)的增加會(huì)導(dǎo)致建筑的費(fèi)用呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)，并且，層數(shù)的增高會(huì)造成太陽直射不足和防震性能下降的問題。但是建筑層數(shù)的增高解決了土地資源的缺少的問題，因此，在進(jìn)行建筑優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該針對(duì)這些的因素進(jìn)行綜合的考慮，設(shè)計(jì)出合理的建筑的方案。

5 結(jié)語

房屋的建筑優(yōu)化設(shè)計(jì)是一項(xiàng)復(fù)雜的設(shè)計(jì)工程，在進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候要綜合考慮諸多因素，建筑的方法、技術(shù)以及使用的方案都決定了最后的優(yōu)化的程度，合理進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，使建筑的房屋符合經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、美觀等特點(diǎn)。綜合考慮各個(gè)因素，設(shè)計(jì)出函數(shù)模型，通過計(jì)算機(jī)的編程設(shè)計(jì)計(jì)算并選擇出最佳的方案。

[1]饒遠(yuǎn)文.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)及其在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].價(jià)值工程，2009.

[2]鄒俊.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)中的現(xiàn)實(shí)應(yīng)用[J].應(yīng)用技術(shù)，2010.

[3]辛海虹.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)與其在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].價(jià)值工程，2010.

TU318

A

1673-1093（2015）01-0077-03

安鵬飛（1979），男，山西平遙人，工程師，研究方向：土木工程。

10.3969/j.issn.1673-1093.2015.01.020

2014-09-01；

2014-09-26