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

文/張令超 浙江省工業(yè)設(shè)計(jì)研究院 浙江杭州 310000

在過(guò)去，我國(guó)建筑行業(yè)更多追求的是質(zhì)量和速度，然而隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展水平的不斷提升，人們對(duì)于生活品質(zhì)有了更深層的理解和需求，對(duì)于建筑物而言，人們要求其在滿(mǎn)足經(jīng)濟(jì)性、適用性、實(shí)用性的同時(shí)，兼具美觀(guān)性、環(huán)保性和智能性。這種新形勢(shì)下的新要求，給我國(guó)的建筑行業(yè)提出了新的挑戰(zhàn)，為此，只有不斷優(yōu)化房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，才能保證建筑行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。

1、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的內(nèi)涵及重要作用

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化，就是指建筑設(shè)計(jì)師在進(jìn)行建筑圖紙?jiān)O(shè)計(jì)時(shí)，會(huì)盡可能地縮減不必要的空間局限，并為業(yè)主留下更多的優(yōu)化整改空間，從而在提升資源利用率、實(shí)現(xiàn)工程效益最大化的同時(shí)，滿(mǎn)足人們對(duì)于美好生活的設(shè)計(jì)愿景，實(shí)現(xiàn)建筑物綜合性能的提升。

在建筑行業(yè)發(fā)展的新形勢(shì)下，做好建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化，具有典型而現(xiàn)實(shí)的意義。首先，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化符合建筑行業(yè)的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)，能夠?qū)崿F(xiàn)建筑物綜合性能的提升。以有效的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化原則和措施，確保建筑的安全性、適用性、美觀(guān)性和經(jīng)濟(jì)性，更能體現(xiàn)建筑物的“人性化”特征，建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中會(huì)有意識(shí)地進(jìn)行“留白”空間的設(shè)計(jì)，因此能夠在實(shí)踐中不斷查找原有設(shè)計(jì)方案的不足和缺陷，為提升房屋結(jié)構(gòu)的合理性和安全性提供可能[1]。其次，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化符合建筑行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的需要。對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，以先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念和設(shè)計(jì)技術(shù)指導(dǎo)工程行為，能夠顯著提升房屋建筑中材料、設(shè)備、人員的利用效率，實(shí)現(xiàn)對(duì)工程成本的有效控制，從而保證建筑質(zhì)量與經(jīng)濟(jì)效益的統(tǒng)一。

2、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的具體內(nèi)容

2.1 建筑工程方案設(shè)計(jì)

在明確工程建筑設(shè)計(jì)要求的前提下，建筑設(shè)計(jì)師需要對(duì)建筑結(jié)構(gòu)體系和建筑結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)，保證其目標(biāo)與要求的一致性，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行建設(shè)資金的優(yōu)化統(tǒng)籌，對(duì)施工材料、施工條件、外部環(huán)境等進(jìn)行細(xì)致的勘察，從而確保提出一個(gè)最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案。

2.2 建筑工程基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

我國(guó)幅員遼闊，地理特征差異大，因此在進(jìn)行建筑設(shè)計(jì)時(shí)，特別要關(guān)注的就是建筑工程的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，只有在對(duì)客觀(guān)情況進(jìn)行綜合分析之下得出的科學(xué)荷載力分布設(shè)計(jì)，才能為上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持，才能確保建筑物安全性、實(shí)用性、美觀(guān)性的實(shí)現(xiàn)。

2.3 建筑工程簡(jiǎn)圖設(shè)計(jì)

建筑工程簡(jiǎn)圖設(shè)計(jì)是確保工程合理性的前提，以合理的方式進(jìn)行簡(jiǎn)圖設(shè)計(jì)，對(duì)建筑主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行科學(xué)安排，要求我們做好變量的選擇、目標(biāo)函數(shù)的確定以及約束條件的確定等步驟，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)各項(xiàng)參數(shù)的嚴(yán)格控制，保證施工質(zhì)量、提高工程的經(jīng)濟(jì)性、避免各類(lèi)施工隱患的出現(xiàn)[2]。

3、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)中的具體應(yīng)用

根據(jù)不同工程的不同要求和標(biāo)準(zhǔn)，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法呈現(xiàn)出多種類(lèi)型，比如截面優(yōu)化、分布優(yōu)化、種類(lèi)優(yōu)化、外形優(yōu)化、拓?fù)鋬?yōu)化等等，根據(jù)房屋結(jié)構(gòu)特征，設(shè)計(jì)師可能選擇一種，也可能選擇多種方式進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化，一般而言，選擇的優(yōu)化方法越多、越全面，那么難度系數(shù)和設(shè)計(jì)變量維數(shù)的要求也會(huì)更高[3]。在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)當(dāng)中，常見(jiàn)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法主要被應(yīng)用在以下幾個(gè)方面。

3.1 基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化

建筑物的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)是決定建筑物質(zhì)量和壽命的關(guān)鍵，因此也是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的核心內(nèi)容，從建筑物的整體規(guī)劃和使用功能出發(fā)，結(jié)合地質(zhì)勘查結(jié)果進(jìn)行綜合分析，找出二者之間的最佳契合點(diǎn)，并結(jié)合建筑周邊人文形態(tài)、建筑成本造價(jià)以及建筑物的美學(xué)價(jià)值進(jìn)行統(tǒng)籌規(guī)劃，以此確定出最合理的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)施工方案，從而為后續(xù)施工中的各項(xiàng)設(shè)計(jì)優(yōu)化實(shí)現(xiàn)打下良好的基礎(chǔ)。就目前而言，我國(guó)常見(jiàn)的樁基礎(chǔ)施工技術(shù)有預(yù)制樁施工技術(shù)和灌注樁施工技術(shù)，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)結(jié)合地形特征、施工水平、成本投入選擇合適的施工方式以及合理的工程參數(shù)。

3.2 建筑主體結(jié)構(gòu)優(yōu)化

房屋建筑的上部結(jié)構(gòu)是整個(gè)工程主體的重要組成部分，也是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化中的重點(diǎn)環(huán)節(jié)，在進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，一定要注意做好樓層高度與寬度的整體控制，并優(yōu)化梁與柱的分配。首先，在我國(guó)房屋建筑發(fā)展趨向高層化的今天，任何一項(xiàng)工程的設(shè)計(jì)都必須堅(jiān)持實(shí)事求是的原則，只有綜合考量基礎(chǔ)承載力、房屋使用壽命以及質(zhì)量保障指標(biāo)以及外來(lái)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果，才能確保樓層高度合理，房屋符合建筑安全質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。此外，要對(duì)建筑物的高度寬度比值進(jìn)行合理結(jié)構(gòu)優(yōu)化，保證樓層剛度的中心點(diǎn)集中于整體結(jié)構(gòu)的中心；同時(shí)對(duì)內(nèi)部梁、柱進(jìn)行優(yōu)化分布，可以以大開(kāi)間的方式減少剪力墻數(shù)量，加大剪力墻長(zhǎng)度，從而在保證工程質(zhì)量、減少工程成本的前提下，為業(yè)主提供更多的發(fā)揮空間。

3.3 整體性與局部性兼具的建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化

所謂整體性，就是從建筑物的結(jié)構(gòu)體系、設(shè)計(jì)體系、安裝體系等多個(gè)要素進(jìn)行考量，在對(duì)單個(gè)要素的每一個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行優(yōu)化的基礎(chǔ)上，確保各個(gè)體系之間不會(huì)發(fā)生橫向沖突，從而取得疊加效益的最大化。而局部性，就是對(duì)建筑工程全過(guò)程中所需要使用到的材料、設(shè)備、人員進(jìn)行調(diào)整、統(tǒng)籌的過(guò)程，使每一個(gè)生產(chǎn)要素都能達(dá)到最佳狀態(tài)，從而為最終建筑結(jié)構(gòu)的整體優(yōu)化提供有效支撐。

3.4 節(jié)能指標(biāo)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化

在建筑物環(huán)保性能要求日漸提升的今天，對(duì)建筑節(jié)能指標(biāo)結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化具有了時(shí)代性意義。在建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，要格外重視做好電氣管線(xiàn)以及輸水管線(xiàn)的設(shè)計(jì)工作，并使之與建筑結(jié)構(gòu)框架、墻體相結(jié)合，做好預(yù)設(shè)性方案，從而保證預(yù)留孔洞與管線(xiàn)敷設(shè)的數(shù)量和指標(biāo)要求相一致，使管線(xiàn)呈現(xiàn)出流暢感和合理性。此外，還要重視做好建筑朝向設(shè)計(jì)以及室內(nèi)布局設(shè)計(jì)，從而使建筑能夠更多地利用自然太陽(yáng)能、風(fēng)能進(jìn)行室內(nèi)溫度、濕度的調(diào)節(jié)，減少暖通空調(diào)的使用頻率。

結(jié)語(yǔ)：

建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)能夠有效地提升房屋建筑的安全性、實(shí)用性、經(jīng)濟(jì)性和美觀(guān)性，是未來(lái)我國(guó)建筑行業(yè)發(fā)展的大勢(shì)所趨。建筑設(shè)計(jì)師必須不斷提高自身設(shè)計(jì)水平，全面分析優(yōu)化措施，積極進(jìn)行業(yè)務(wù)創(chuàng)新，只有這樣才能促進(jìn)建筑行業(yè)更好的發(fā)展。