建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化方法及應(yīng)用分析

文/韋肖敏 北京中外建建筑設(shè)計有限公司南寧分公司 廣西南寧 530000

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計是房屋建筑工作中的重要內(nèi)容，在保障房屋結(jié)構(gòu)安全性、合理利用空間資源等方面發(fā)揮著關(guān)鍵性作用，也是建筑設(shè)計人員重點關(guān)注的工作內(nèi)容，并且隨著人們對房屋建筑功能要求的逐漸增多，優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計就顯得越發(fā)重要[1]。如何使房屋結(jié)構(gòu)的安全性與穩(wěn)定性得到保障的基礎(chǔ)上，滿足人們多樣化的需求，成為建筑企業(yè)關(guān)注與重視的重點內(nèi)容之一，因此優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計也成為了建筑企業(yè)贏得生存與發(fā)展的重要手段。

1、優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的方法

1.1 優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)模型

優(yōu)化構(gòu)建建筑結(jié)構(gòu)模型主要是對建筑結(jié)構(gòu)造成影響的主要參數(shù)實施優(yōu)化，使用預(yù)定式參數(shù)表示影響、變化范圍較小以及局部性因素，進(jìn)而相應(yīng)減少設(shè)計過程中涉及的設(shè)計數(shù)量與計算數(shù)量，進(jìn)而可直接減少編程工作量提升工作效率。在優(yōu)化設(shè)計建筑結(jié)構(gòu)過程中，還需要保證所確定的目標(biāo)函數(shù)能夠與預(yù)設(shè)條件相符，例如截面相關(guān)的幾何尺寸、鋼筋截面積等，在保障房屋質(zhì)量的同時，降低工程造價。與此同時，為了保證建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的規(guī)范性，還需要設(shè)置相應(yīng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計約束條件，主要包括建筑結(jié)構(gòu)的尺寸、強(qiáng)度、構(gòu)件以及裂縫寬度等，并且需要對比分析上述目標(biāo)及實際性質(zhì)相關(guān)的約束條件，保證約束條件設(shè)置符合建筑工程的設(shè)計要求，實現(xiàn)建筑設(shè)計的優(yōu)化效果。

1.2 設(shè)計設(shè)定計算方案與應(yīng)用程序

在設(shè)定、計算建筑結(jié)構(gòu)的約束條件時，會涉及到相應(yīng)的非線性優(yōu)化問題，所以在實施計算過程中，則需要使用罰函數(shù)法、復(fù)合形法、拉格朗日乘子法等方法，將有約束優(yōu)化轉(zhuǎn)變?yōu)闊o約束優(yōu)化，使設(shè)計計算方案的科學(xué)性與合理性得到保證。在依據(jù)可靠度獲得結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計模型后，還需要編寫一個具有較強(qiáng)綜合性與功能齊全的應(yīng)用程度，使運算速度得到保證，進(jìn)而有利于使整個結(jié)構(gòu)設(shè)計順利開展。

1.3 進(jìn)行綜合分析優(yōu)化結(jié)果

在完成建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方案后，還需要對設(shè)計方案實施對比分析，使所選擇的設(shè)計方案能夠獲取最優(yōu)的設(shè)計效果。所以在確定最優(yōu)設(shè)計方案過程中，需要綜合多角度，全面分析問題，使建筑技術(shù)及建筑成本能夠得到合理分配，進(jìn)而在保證建筑質(zhì)量的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)以最小經(jīng)濟(jì)成本獲取最優(yōu)的建筑效果，完成預(yù)期建筑目標(biāo)。

2、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用

2.1 模型的優(yōu)化設(shè)計

在優(yōu)化設(shè)計建筑結(jié)構(gòu)模型的過程中，選擇變量時，需要首選對整體設(shè)計造成影響的相關(guān)因素，而局部及影響較小的因素，則可選為參考數(shù)據(jù)，其次將建筑面積、切面尺寸等相關(guān)數(shù)據(jù)單獨整理后制成函數(shù)，結(jié)合用戶對房屋審美需求、房屋空間規(guī)劃及變形規(guī)定等方面，進(jìn)行模型的優(yōu)化設(shè)計，避免資源浪費，降低施工成本，最大程度的使用戶需要得到滿足。例如在設(shè)計排水系統(tǒng)時，由于所用的機(jī)械設(shè)備較多，荷載強(qiáng)度較大，還需要放置在專用房間中，應(yīng)當(dāng)設(shè)置在地下室中，并預(yù)留合理的管道尺寸，做好樓板鉆孔位置的加固工作。若管道建設(shè)過程中需穿越承重墻，在加固墻體的同時，還需要避免出現(xiàn)管道繞柱現(xiàn)象[2]。

2.2 建筑結(jié)構(gòu)的安全性能設(shè)計優(yōu)化

高層建筑是建筑發(fā)展的主要趨勢，而高層建筑對穩(wěn)定性以及安全性提出了更高的要求。因此高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化工作的重點內(nèi)容，就是使建筑結(jié)構(gòu)的剛度及強(qiáng)度得到保障。在實際的設(shè)計過程中，充分考慮資金條件，盡量選擇極限拉力較強(qiáng)的鋼筋材料，結(jié)合隔震措施、減震、隔震技術(shù)形成具有延性結(jié)構(gòu)的抗震體系，提升建筑物的抗震能力。同時需要設(shè)置合理的剪力墻，保證剪力墻整體的均勻性，使樓層中平面剛度中心點與樓層整體結(jié)構(gòu)重心相重合。在經(jīng)濟(jì)條件允許的情況下，盡量延長剪力墻肢長度，合理計算剪力墻需要承受的壓力，控制墻肢數(shù)量、墻內(nèi)暗柱數(shù)量和混凝土使用數(shù)量，降低成本。

2.3 建筑的整體性與局部性優(yōu)化

房屋建筑設(shè)計具有復(fù)雜性、層次性特征，所以在優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，應(yīng)當(dāng)從整體出發(fā)，綜合局部，實現(xiàn)局部和整體的合理優(yōu)化，保證房屋質(zhì)量。從建筑設(shè)計的復(fù)雜性角度來說，主要涉及的是建筑材料與零部件的選取，在設(shè)計過程中，需要充分了解原材料的市場價格，保證房屋質(zhì)量的同時，合理控制造價；使用BIM 及GIS 技術(shù)，優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)的空間設(shè)計，使空間設(shè)計的均衡性及利用率的合理性得到保障。建筑樁基礎(chǔ)是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的重點內(nèi)容，灌注樁和預(yù)制樁是構(gòu)成建筑樁基礎(chǔ)的重要部分，操作復(fù)雜，施工時間較長，所以為了有效控制施工質(zhì)量，應(yīng)在滿足沉降標(biāo)準(zhǔn)的同時，使用預(yù)制樁，合理制定預(yù)制樁長度，盡量減少相關(guān)的工序，使建筑結(jié)構(gòu)的整體與局部得到合理優(yōu)化[3]。

結(jié)語：

房屋是開展生活與工作的主要場所，隨著經(jīng)濟(jì)水平的提高，人們對房屋提出安全、實用等基本要求基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提出美觀、經(jīng)濟(jì)等多樣化的需求，建筑行業(yè)間的競爭也日趨激烈，如何設(shè)計出滿足廣大用戶需求的房屋，使企業(yè)贏得生存與發(fā)展，成為建筑企業(yè)以及建筑設(shè)計人員需要解決的主要問題。而通過不斷優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計，不僅有利于使有限的空間資源得到合理運用，而且可滿足人們對房屋多樣化需求。所以，建筑企業(yè)應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)重視建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化與應(yīng)用，以期為企業(yè)贏得進(jìn)一步的發(fā)展。