建筑結(jié)構(gòu)設計優(yōu)化方法在房屋結(jié)構(gòu)設計中的應用

郝艷偉

摘 要：在當前建筑技術以及人們居住理念不斷提升的背景下，明確在房屋結(jié)構(gòu)的設計中，不單要滿足基本的功能需求，還應考慮到結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性、整體美觀性。為此就需要采取優(yōu)化結(jié)構(gòu)設計的方法，進一步提升建筑結(jié)構(gòu)設計水平。文章先簡要闡述房屋結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計的重要性，指出建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計要點，然后具體探討建筑結(jié)構(gòu)設計優(yōu)化方案，僅供參考。

關鍵詞：建筑結(jié)構(gòu)；設計優(yōu)化；房屋結(jié)構(gòu)設計

1 引言

隨著我國社會經(jīng)濟水平的高速發(fā)展，人們對房屋結(jié)構(gòu)設計的要求不再局限于成本控制和實用?，F(xiàn)代房屋結(jié)構(gòu)設計要求美觀、安全且經(jīng)濟實用，要求設計從地方特色出發(fā)，按時竣工。建筑結(jié)構(gòu)設計優(yōu)化方法被研制的目的是滿足人們對建筑結(jié)構(gòu)設計的要求，它的意義在于節(jié)省成本，提高建筑的抗震性，同時滿足人們對建筑美觀要求。

2 建筑結(jié)構(gòu)設計優(yōu)化的重要性

當前，隨著城市人口壓力的不斷增加以及房屋建筑水平的不斷提升，我國房屋建筑也逐步向高層化發(fā)展。對于高層房屋建筑項目，建筑的安全性及穩(wěn)定性是設計者必須要考慮的兩個重點。同時為了滿足建筑功能以及建筑美觀性的需求，還要求設計人員對常規(guī)設計理念及設計方法進行優(yōu)化與創(chuàng)新，且設計方法的優(yōu)化與創(chuàng)新還需要以保證工程質(zhì)量及安全性為基礎，通過融合當前各種先進的技術以及設計理念，應用新材料以及新工藝進行設計的優(yōu)化，從而達到了結(jié)構(gòu)設計優(yōu)化水平提升的目的。此外，相關數(shù)據(jù)調(diào)查結(jié)果顯示，進行房屋結(jié)構(gòu)設計優(yōu)化后，房屋的整體造價能夠下降10%～20%，這可以為了企業(yè)贏得更大的利益。以往的房屋建筑中，工程質(zhì)量以及建筑安全性常常是工程的核心內(nèi)容。但是隨著人們理念的不斷改變以及建筑技術水平的不斷提升，在房屋建筑設計上，設計方案也常常會考慮到房屋建筑設計及成本造價方面的內(nèi)容。因而對房屋建筑結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設計，對于房屋使用者而言可以滿足相關人群的心理需求及使用需求，達到用戶心理預期。而對于房屋建筑方而言，通過優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)設計，通過提高房屋的穩(wěn)定性及安全性以提高建筑企業(yè)的行業(yè)影響力。

3 分析建筑結(jié)構(gòu)設計優(yōu)化方法

將結(jié)構(gòu)設計應用于房屋建筑中，主要是通過合理的技術對有限的空間不斷優(yōu)化，從而提高房屋建筑空間的利用率。在這過程中，需要對設計關系、空間布局等方面的專業(yè)性、合理性與科學性進行協(xié)調(diào)處理?？茖W技術的不斷發(fā)展對結(jié)構(gòu)設計的發(fā)展具有一定的推動作用，由此產(chǎn)生了一些優(yōu)化設計技術，對建筑結(jié)構(gòu)設計優(yōu)化方法的應用具有一定的促進作用。結(jié)構(gòu)設計主要是對建筑整體與局部結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設計，在進行設計時需要對房屋工程建筑實際情況進行綜合考慮，時刻將優(yōu)化設計思想貫徹房屋結(jié)構(gòu)設計過程，確保結(jié)構(gòu)設計方案能夠?qū)⒄w建筑工程質(zhì)量體現(xiàn)出來，符合建筑企業(yè)的經(jīng)濟效益。因此，在具體設計過程中，設計人員需要對房屋建筑結(jié)構(gòu)進行一定的科學性分析與合理性分析，確保設計的方案符合長遠的發(fā)展效益。設計過程中，設計人員應該對結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化處理，不斷降低建筑成本，從而降低房屋建造過程中經(jīng)濟損失。設計人員需要對建筑工程各部門進行協(xié)調(diào)處理，使各部門的資源能夠合理分配，將資源利用率不斷提高，從而提高建筑施工的安全性與穩(wěn)定性，確保施工進度的正常進行。當前建筑行業(yè)中，高層建筑的發(fā)展越來越快，因為人們對高層建筑的需求量正在不斷增長。高層建筑工程在實際施工過程中，會消耗很多的能源與資金。由于高層建筑工程量大、項目多、危險系數(shù)較高，因此在實際施工過程中可能會存在一定的質(zhì)量問題，從而引起安全隱患。相關實踐已經(jīng)證明，將建筑結(jié)構(gòu)設計優(yōu)化方法應用于房屋結(jié)構(gòu)設計，對房屋建筑工程質(zhì)量具有一定的保障作用。當前高層建筑的發(fā)展十分迅速，建筑企業(yè)想要在建筑行業(yè)穩(wěn)定發(fā)展，就需要對建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計方法進行研究。因為高層建筑的發(fā)展能夠?qū)徑獬擎?zhèn)壓力具有一定的促進作用，而將結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計方法應用于高層建筑設計，能夠提高高層建筑的穩(wěn)定性與安全性，從而為人們的生活提供安全的居住環(huán)境。

4 在房屋結(jié)構(gòu)設計中建筑結(jié)構(gòu)設計優(yōu)化方法的具體應用

4.1 對結(jié)構(gòu)與建筑保持協(xié)調(diào)優(yōu)化

在建筑結(jié)構(gòu)設計期間，必須要盡最大努力來確保建筑整體平面與整體結(jié)構(gòu)可以緊密配合，從而確保能夠達到結(jié)構(gòu)合理與造型美觀的目標。在建筑結(jié)構(gòu)設計中，需盡量確保建筑系統(tǒng)能夠保持間潔特征，不能發(fā)生墻和柱錯位等問題，同時還需要保證每一層的截面面積與高度保持相同的狀態(tài)。在對建筑內(nèi)部電梯與樓梯設計期間，需選擇具有高強特征的建材作為相應的承重構(gòu)件，以達到降低自重的目標。對于建筑的整體布局，其重心、質(zhì)量和剛心必須確保能夠交疊，以此來有效的避免出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)問題。

4.2 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)設計的實用性、經(jīng)濟性。由于形狀設計優(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)設計關系網(wǎng)更加復雜。使用形狀優(yōu)化方法，在房屋結(jié)構(gòu)設計中單元結(jié)構(gòu)、房屋性能和設計變量之間不再是線性關系，它的敏度分析和有限元計算比尺寸優(yōu)化復雜且量多，因此形狀優(yōu)化設計方法難度比尺寸優(yōu)化大的多。雖然難度增加，但是這種優(yōu)化設計方法可提高建筑結(jié)構(gòu)設計的經(jīng)濟性、實用性，同時還能提高房屋建筑的審美價值。

4.3 合理性的優(yōu)化建筑主體的上部結(jié)構(gòu)

要將相應模型建立起來，并系統(tǒng)優(yōu)化房屋建筑上部結(jié)構(gòu)。首先，要科學地對剪力墻進行設置，確保均勻的剪力墻質(zhì)量，這樣能夠使整體樓層結(jié)構(gòu)中心以及樓層中平面剛度中心點得以重合，避免其遭受風力以及地震的迫壞。其次，在建設房屋時，假如有充分的條件，要盡量大開間構(gòu)造剪力墻，使剪力墻的墻肢長度得以加長，這樣能夠使墻肢數(shù)量得以縮減，還能夠在達到相關要求的前提下避免使用到混凝土。再次，一般情況下是由普通型的鋼材鑄造成剪力墻暗樁，為了減少鋼筋的使用數(shù)量，使相應成本得以縮減，可對較大剪力墻進行采用來達到目的。假如建筑本并不具備相應條件，且有著較嚴格的抗壓抗震要求，就不可對過大剪力墻進行構(gòu)造。

4.4 優(yōu)化設計剪力墻

剪力墻指在框架結(jié)構(gòu)內(nèi)增設的抵抗水平剪切力的墻體?？蚣芗袅Y(jié)構(gòu)指豎向荷載由框架和剪力墻共同承擔，水平荷載由框架承受20～30%，剪力墻承受70～80%的結(jié)構(gòu)。剪力墻長度按每建筑平方米50mm的標準設計。剪力墻的結(jié)構(gòu)優(yōu)化要盡可能的展示整體的均勻程度，使樓層平面的鋼度中心與整體的結(jié)構(gòu)重心重合，這樣能夠有效的降低了地震或者奇臺震感強烈的外界自然環(huán)境帶來的影響。

4.5 樁基礎的具體優(yōu)化

通常來說，樁基基礎通常分為灌注樁和預制樁，灌注樁要求比較高，流程比較復雜，實際操作起來難度比較大，因此，在具體施工中，有機的使用預制樁，可以減少施工程序，減少工程投入，能最大限度的保證房屋建筑的質(zhì)量。

5 結(jié)束語

總之，在實際的房屋建筑設計中，要求建筑既安全、實用，又要經(jīng)濟且美觀，同時還需要綜合考慮到施工便利性。為此就需對建筑結(jié)構(gòu)進行必要的優(yōu)化設計，通過建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設計實現(xiàn)建筑各種功能的統(tǒng)一，從而推動我國建筑行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

參考文獻：

[1] 吳榮國.建筑結(jié)構(gòu)設計優(yōu)化方法及應用解析[J].建材與裝飾，2017（19）.

[2] 田洪垸.建筑結(jié)構(gòu)設計中的抗震設計解析[J].建材與裝飾，2017（06）.

[3] 齊建民.建筑結(jié)構(gòu)設計優(yōu)化方法在房屋結(jié)構(gòu)設計中的應用[J].科技資訊， 2015（11）： 73.