試析建筑結(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

張利軍

摘 要：隨著人們生活水平不斷提高，不僅對建筑實(shí)用性與安全性有所要求，而且對經(jīng)濟(jì)性與外觀也有所要求。然而，在對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的時(shí)候，必須考慮到施工的方便性，以便快速完工。對于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行必要的優(yōu)化，不僅能獲得房屋結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性、安全性以及合理性，還能使建筑更加美觀。本文將對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法在房屋結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用進(jìn)行相關(guān)的闡述，希望對建筑設(shè)計(jì)工作者具有一定的指導(dǎo)作用。

關(guān)鍵詞：建筑結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)；優(yōu)化；作用

1 前言

社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，時(shí)代的進(jìn)步，使建筑市場領(lǐng)域的競爭變得異常激烈。市場的激烈給企業(yè)以巨大的壓力，為了能在激烈的市場競爭中拔得頭籌，為了能使業(yè)主得到性能較好、安全性高、外觀美觀的房屋建筑，各企業(yè)必須對施工以及設(shè)計(jì)方面進(jìn)行相應(yīng)地深入性研究。在房屋建筑領(lǐng)域，結(jié)構(gòu)上的投入是整體投入中較多的部分，所占比重相對較高。不斷地對結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化可以使房屋質(zhì)量安全得以保證，還能減少相應(yīng)項(xiàng)目資金的投入，進(jìn)而增加企業(yè)的經(jīng)濟(jì)收入與相關(guān)收益。以下將對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相關(guān)的優(yōu)化方式及其在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的具體應(yīng)用進(jìn)行系統(tǒng)性闡述，以供相關(guān)人士進(jìn)行參考。

2 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法的應(yīng)用現(xiàn)狀

2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方式的理論

在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，除了要考慮建筑結(jié)構(gòu)的安全性、基本功能健全性等可靠性因素，我們還需要對其建筑本身的藝術(shù)美感進(jìn)行考慮，這便是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的體現(xiàn)。對建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，在滿足基本設(shè)計(jì)要求的前提下，應(yīng)盡可能減小建筑物的質(zhì)量中心和剛度中心之間的差異，保持平面結(jié)構(gòu)的規(guī)則以及對稱性性，以避免在水平荷載作用下建筑物產(chǎn)生較大的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。與此同時(shí)，在進(jìn)行豎向設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡可能保證其同方向的承重構(gòu)件上下貫通，使豎向剛度不發(fā)生突變，否則一旦發(fā)生剛度突變，建筑物會(huì)在水平荷載作用下產(chǎn)生嚴(yán)重的應(yīng)力集中現(xiàn)象，對抵抗水平方向的動(dòng)力荷載作用大大減小。此外，為了降低結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和分析方面的難度，我們可以盡量減少使用轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)[1]。總而言之，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中具體問題具體分析，綜合多方面因素設(shè)計(jì)出最令人滿意的建筑體系。

2.2 化建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法的重要意義

在房屋建造過程中，充分考慮建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)不僅可以提高建筑工程的施工質(zhì)量，而且還可以提升一定的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。我國一直倡導(dǎo)的是節(jié)能環(huán)保的可持續(xù)發(fā)展道路和發(fā)展理念。要想在市場競爭中獲取更多的市場份額，那么建筑企業(yè)在建設(shè)過程中，不僅要滿足房屋建筑的長遠(yuǎn)利益，而且要盡可能的節(jié)省建設(shè)投入成本，減少建設(shè)優(yōu)化設(shè)計(jì)的建設(shè)投資。

現(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，提高見著結(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。隨著我國城市化水平的不斷加快，人們對建設(shè)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)更加重視，對建筑工程的施工管理既可以增加建筑房屋的美感，又可以減少建筑的投資成本。建筑房屋的結(jié)構(gòu)一旦得到優(yōu)化，就可以使得房屋的各個(gè)單元和元素都可以實(shí)現(xiàn)有機(jī)結(jié)合，提高建筑工程的施工質(zhì)量，而且也可以改善人們的生活環(huán)境和居住環(huán)境。

像我國傳統(tǒng)的建筑房屋可能比較注重的是建筑本身的安全性和經(jīng)濟(jì)實(shí)用性，要保證建筑工程的工程質(zhì)量，一般在建筑工程結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)上做的還不夠，對建筑工程的成本控制還沒有很嚴(yán)格把控，工程的預(yù)期成本花費(fèi)太高，且設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)存在一定的缺陷，房屋的設(shè)計(jì)也不是非常美觀，這在很大程度上無法滿足人們對住房品質(zhì)的追求和需求[2]。而目前將建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法應(yīng)用到建筑住房工程上來，既可以把房屋的經(jīng)濟(jì)實(shí)用性和房屋的美觀度結(jié)合起來，還可以起到一定的生態(tài)效益和審美價(jià)值，更可以降低施工工程建筑成本，節(jié)省建筑工程施工材料，保證建筑施工工程的安全質(zhì)量，提高房屋整體的綜合效益和藝術(shù)性。

3 建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化方式在房屋建設(shè)應(yīng)用上的具體步驟

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

3.1.1 合理化、科學(xué)化選擇設(shè)計(jì)的變量

通常在對設(shè)計(jì)變量進(jìn)行選擇時(shí)，我們把對建筑結(jié)構(gòu)影響的主要參數(shù)作為設(shè)計(jì)變量。如目標(biāo)控制的相關(guān)參數(shù)和約束控制相關(guān)參數(shù)等；然而還有一些影響不是太大，其變化范圍也不是很大或者由局部性以及結(jié)構(gòu)的相關(guān)要求就能夠滿足相應(yīng)的設(shè)計(jì)要求的一些參數(shù)，我們可以用預(yù)定參數(shù)來表示，這樣能夠使得我們的設(shè)計(jì)量、計(jì)算量以及編制程序的工作量均大大減小。

3.1.2 確定相應(yīng)的目標(biāo)函數(shù)

對建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，必須找到一組符合預(yù)定條件的相應(yīng)尺寸的鋼筋截面面積，以及已經(jīng)失效的概率函數(shù)，這樣能使建筑工程的整體造價(jià)達(dá)到最少。

3.1.3 科學(xué)化的確定約束條件

對于房屋的結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)優(yōu)化來說，必須確保結(jié)構(gòu)的可靠度，來對優(yōu)化設(shè)計(jì)相關(guān)的約束條件進(jìn)行相應(yīng)的確定，設(shè)計(jì)優(yōu)化的約束條件主要包括裂縫寬度約束、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度約束、尺寸約束、構(gòu)件單元約束、應(yīng)力約束、結(jié)構(gòu)體系約束、從可靠指標(biāo)約束到確定性約束條件以及從正常使用極限狀態(tài)下的彈性約束到最終極限狀態(tài)的彈塑性約束等約束條件[3]。在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的時(shí)候，我們必須對目標(biāo)約束條件與實(shí)際的約束條件進(jìn)行相應(yīng)的比較與分析，再確保每個(gè)約束條件都必須滿足相關(guān)要求，以實(shí)現(xiàn)最佳的設(shè)計(jì)。

3.2 對優(yōu)化設(shè)計(jì)的計(jì)算方案進(jìn)行設(shè)定

根據(jù)可靠度進(jìn)行的房屋結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)具有多約束且非線性的優(yōu)化問題以及復(fù)雜的多變量，在進(jìn)行相應(yīng)的分析計(jì)算中，一般把有約束的優(yōu)化問題轉(zhuǎn)換成無約束優(yōu)化問題的求解。常用的優(yōu)化設(shè)計(jì)的計(jì)算方法有拉氏乘子法、復(fù)合形法、Powcll法等。

3.3 進(jìn)行程序的相關(guān)設(shè)計(jì)

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。這樣能使整個(gè)優(yōu)化設(shè)計(jì)更加全面地、有效率地進(jìn)行實(shí)施[4]。

3.4 結(jié)果分析

我們必須對相應(yīng)的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行必要的分析比較，然后選擇出最佳的設(shè)計(jì)方案。在這個(gè)過程中，我們考慮問題必須全面，并且要對問題進(jìn)行多角度的考慮。這一步驟在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化中尤其重要，合理的選擇設(shè)計(jì)方案，不僅能夠確保結(jié)構(gòu)的美觀、安全性、合理性以及實(shí)用性，還能夠?qū)κ┕ぶ械馁Y金的投入有著重大的影響。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化中只強(qiáng)調(diào)經(jīng)濟(jì)上的節(jié)約，而忽略技術(shù)上的相關(guān)要求，是不正確的。同樣只考慮技術(shù)上的要求，而不考慮經(jīng)濟(jì)的要求，也是不合理的。我們必須對兩者進(jìn)行合理的配置，才能達(dá)到相關(guān)要求。

4 結(jié)語

綜上所述，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的合理選擇，不僅可以使建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)達(dá)到應(yīng)有的技術(shù)要求，還可以減少不必要的經(jīng)濟(jì)損耗。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中是一個(gè)綜合性比較強(qiáng)且極為復(fù)雜的系統(tǒng)性問題，這需要我們對其進(jìn)行深入研究。本人結(jié)合自身的工作經(jīng)驗(yàn)，闡述了建筑結(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，希望此文對相關(guān)研究人員有所幫助。

參考文獻(xiàn)：

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[3] 林震.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].住宅與房地產(chǎn)，2017（5）：113.

[4] 王鵬.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)中的實(shí)際應(yīng)用分析[J].中國建材科技，2014（4）：162～163.