結構設計優(yōu)化方法在房屋結構設計中的應用

李運河 王勇

摘要：對建筑結構的設計進行必要的優(yōu)化，在對于房屋結構相關的設計中的應用意義重大，不僅能夠滿足了建筑的實用與美觀，而且還可以有效地對工程造價進行控制。對于建筑商來說，其當然希望用最少的投資，而獲得最大的收益，然而又必須對建筑結構的科學性、可靠性以及安全性做出保證，這必然要求對結構設計進行優(yōu)化。

關鍵詞：房屋結構設計；設計優(yōu)化；應用

1 房屋結構設計中建筑結構設計的優(yōu)化要點

1.1統(tǒng)計結論的分析

設計者對所需要的數(shù)據(jù)計算結果進行分析，可以找到不同設計方案之間存在著相同之處和不同之處，進而選擇出最佳的方案。對這些結果進行分析，需要設計者站在多個角度對其進行思考，從而得到最佳方案。站在客觀的角度進行分析，房屋建筑的成本較高，所涉及的利益方也是多方面的。因此，設計者在對房屋結構進行設計的過程中，還需要對經(jīng)濟性以及經(jīng)濟含量等多加考慮，對這些內(nèi)容進行妥善處理，盡可能的實現(xiàn)多方利益達道一個平衡狀態(tài)。

1.2結構模型的設計

房屋機構設計當中的建筑模型設計，通常被分為三個階段，分別為選擇變量――確定函數(shù)――衡量條件。首先，是對變量進行選擇，和工程目標相類似的參數(shù)包括房屋的價格參數(shù)、預期生產(chǎn)損失參數(shù)等。一般情況下，一個工程的實施和多個數(shù)值有聯(lián)系，設計人員往往將這些數(shù)值作為依據(jù)。因此，一個變化幅度比較小的參數(shù)對設計人員具有重要意義，這些數(shù)值會導致建筑設計等和計算相關的而工作難度被有效降低，能夠幫助設計者很快找到和這次設計目標相符合的數(shù)據(jù)組。當這一數(shù)據(jù)找到之后，從而對最佳方案進行選擇，進而使我們的房屋結構設計得到優(yōu)化。其次，確定相應函數(shù)，在進行工程設計過程中，需要對房屋的橫截尺寸以及鋼筋的尺寸進行預先確定，相關設計人員需要在眾多函數(shù)中找到和這些尺寸相符合的函數(shù)組，并進行不同性質的分析，從而能夠在最大限度上降低房建費用。最后，是衡量條件階段，這一階段的條件主要指的是在房屋結構設計過程中，設計者借助工程目的，并結合實際施工情況對其進行分析，從而得出多種束縛條件，進而保障工程和相關規(guī)定相符合。通常情況下，這些條件中有房屋尺寸、構架的穩(wěn)定性、墻體裂縫限度以及結構剛性等。

1.3計算方法和最優(yōu)程序的選擇確定

對房屋建筑結構進行設計和優(yōu)化的過程中，所涉及到的內(nèi)容有相對復雜的變量和對各種設計條件的計算。針對這一內(nèi)容，當設計者進行演算的過程中，需要選擇相對合理的計算方式，盡可能的使運算更加簡便。針對一些附加條件的問題進行演算的過程中，將附加條件進行忽略，可以更加容易得到計算結果，從而幫助設計者節(jié)約更加的時間和精力。

2 建筑結構設計優(yōu)化方法在房屋結構設計中的應用實踐

2.1建筑主體優(yōu)化

對于房屋建筑的上部結構設計，相關建設人員應通過建立相關的模型來實現(xiàn)系統(tǒng)優(yōu)化。首先，應通過合理設置剪力墻來保證剪力墻結構整體質量的均勻性。即將房屋建筑樓層中平面剛度的中心點與樓層整體結構的重心相重合，這就降低了地震、風力等不可控的自然因素給剪力墻造成的影響。其次，在進行房屋結構設計時，要盡可能的采用大開間的剪力墻構造，這就可以加長剪力墻的墻肢長度，從而減少墻肢的數(shù)量。在此情況下，工程建設就能減少混凝土材料的用量。再次，由于剪力墻內(nèi)部的暗柱是由普通的鋼材鑄造而成的，采用大開間剪力墻的結構設計，還能有效減少鋼筋材料的使用量。最后，如果房屋建筑工程的結構設計條件不足以提供大開間的剪力墻設計，而且設計的抗震抗壓等級較高，那么則不能采用大開間的結構設計。

2.2局部與整體優(yōu)化

房屋建筑工程的結構設計具有層次性和復雜性的特點。因而，在層次性設計方面，相關建設人員要根據(jù)工程項目的結構體系、設計體系以及安裝建設體系等，來實現(xiàn)局部與整體的設計優(yōu)化。此過程，由于各個體系內(nèi)部存在許多下屬體系，這就要求設計人員要逐一沖破布局間的橫向關聯(lián)，進而實現(xiàn)疊加。而從復雜性的設計方面來看，設計人員的要從零部件的選取、建筑材料的選擇以及結構類型的對比等來進行設計優(yōu)化。

2.3樁基礎優(yōu)化

房屋建筑的樁基礎結構設計，要根據(jù)業(yè)主提供的相關地質勘察報告。這樣一來，就能結合工程項目的實際情況來進行結構設計優(yōu)化方法的實踐。以某房屋樁基礎結構的設計建設為例，結構設計人員依據(jù)業(yè)主提供的地質勘察結構，設計采用鉆孔灌注的施工方式，并將樁徑設計為700mm。為節(jié)約樁基礎結構的設計應用成本，在建筑方案的成形階段，設計人員應通過樁基靜荷載試驗來預估柱下荷載，這是確定最終抗拔樁、承壓樁承載力特征值的有效方法。對于該工程的地下結構，由于地下室的埋深較大，且具有地下水豐富的設計特點。相關建設人員采用了抗拔樁設置，來降低地質條件對樁基礎結構設計實踐的影響。

2.4結構與電氣專業(yè)優(yōu)化

當房屋建筑結構的電氣管線是以導線的形式設置在金屬管或是樓板暗裝內(nèi)，這就會給預制結構的作用發(fā)揮帶來一定影響。因此，設計人員在設置穿過梁管線的過程中，應預留出相應的孔洞。此過程，不僅要保證梁寬與墻厚的一致性，還要孔洞預留的合理性。對于條件限制的不一致問題，結構設計人員可通過墻側面與梁側面保持平齊的方法，來確保穿梁管線不會露出墻外。

2.5與排水系統(tǒng)的協(xié)調(diào)優(yōu)化

目前，房屋建筑排水系統(tǒng)房間存在許多機械設備，由于其荷載強度與荷載能力較大，這就會給系統(tǒng)與結構的運行帶來安全隱患。針對這一問題，設計人員可通過確保管道的預留深度和預留尺寸，來優(yōu)化結構的設計應用效果。具體來說，可通過加固樓板的鉆孔位置，來提高排水系統(tǒng)的運行效果。此外，還要注重水平方向系統(tǒng)管道的設置，即水平管線是否貫穿梁柱。

3 結構設計優(yōu)化的作用

3.1降低建筑總造價

在結構優(yōu)化設計中，建筑層數(shù)越多，總建筑面積增大，單位建筑面積占用土地面積將越小，這樣節(jié)約了土地占用面積，但隨著建筑層數(shù)的提高，總建筑高端提升，樓與樓之間間距也在提升，傳給基礎結構的荷載也會增加，我們則要增大基礎，又會擴大土地占用面積。雖然這樣單位面積會有所降低，但是還是沒有屋蓋效果那么明顯。

3.2提高建筑結構經(jīng)濟性

隨著建筑層數(shù)提高，墻體面積和柱體積也會增加，導致結構自重增加，基礎結構的承載力相應增加，水、電氣管線相應加長，如果層數(shù)降低，可節(jié)約材料、利于抗震等，當建筑高度減少，兩建筑間的日照距離也相應減少，間接節(jié)約了用地。如果建筑面積相同，選擇的不同的平面形狀，建筑外側外墻的周長也會不同，合理的平面模型使外墻周長減少，外墻砌體、基礎設施。內(nèi)外表面裝修都會減少，與此同時還提高了受力性能，增強建筑經(jīng)濟性。優(yōu)化方法的運用，協(xié)調(diào)了建筑各部分單元，使建筑在更加美觀的同時增強了建筑的可實用性，還減少了總體建筑的工程造價，這符合了現(xiàn)建筑結構的效益需求。

房屋建筑結構設計優(yōu)化技術在現(xiàn)實的運用中，可以達到物美價廉的效果，不僅實現(xiàn)了房屋的美觀和實用性，而且突出的節(jié)約了工程造價。在每個投資者眼中，在保證建筑結構可靠性和科學性的前提下，同時在建筑長遠效益下，最大程度的節(jié)約工程成本，是首先考慮的因素，這樣才能實現(xiàn)可持續(xù)性發(fā)展，用最低的投資成本獲取最大的經(jīng)濟效益。

4 結語

對于相關的設計人員來說在對結構設計進行優(yōu)化之前應該對建筑工程做出相應的實地了解，從而才能夠設計出相對比較安全、經(jīng)濟、美觀等的建筑，同時還應該要不斷加強自身在設計結構方面知識的學習對結構設計優(yōu)化技術的發(fā)展進一步的推動。

參考文獻

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[2]徐金苗.建筑結構設計優(yōu)化方法在房屋結構設計中的應用[J].江西建材，2014

[3]范國興.建筑結構設計優(yōu)化方法在房屋結構設計中的應用研究[J].雞西大學學報，2014

（作者單位：1.山東省華都建筑設計院有限公司；

2.濟南市人防建筑設計研究院有限責任公司）