試論建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法在房屋中的運(yùn)用

方威

摘要：在房屋結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員要積極應(yīng)用各種先進(jìn)的技術(shù)方法，對(duì)設(shè)計(jì)方案不斷進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)。既要嚴(yán)格遵守相關(guān)的設(shè)計(jì)規(guī)范，合理選擇結(jié)構(gòu)型式和布局安排，提高建筑基礎(chǔ)以及地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的科學(xué)性，準(zhǔn)確確定相關(guān)的設(shè)計(jì)參數(shù)，并充分利用計(jì)算機(jī)以及專業(yè)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件等來(lái)提高建模的精度，從而提高建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)置，延長(zhǎng)建筑結(jié)構(gòu)的使用年限。

關(guān)鍵詞：建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);優(yōu)化方法;房屋設(shè)計(jì);運(yùn)用方式

進(jìn)入新時(shí)期后，建筑設(shè)計(jì)的整體水平已經(jīng)得到了提高，而居民也并非單純關(guān)注最基本的建筑物性能，而是更多關(guān)注了建筑物具備的安全性及美觀度。針對(duì)不同種類的房屋建筑，建筑設(shè)計(jì)模式也體現(xiàn)出差異性。具體在涉及到全方位的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，作為設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)能夠更多側(cè)重于優(yōu)化設(shè)計(jì)，同時(shí)也要密切結(jié)合整個(gè)建筑物所處的地形與其他特征選擇合適的優(yōu)化設(shè)計(jì)措施。

1建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化方法闡述

1.1組建數(shù)學(xué)模型

數(shù)學(xué)模型的組建應(yīng)基于建筑的預(yù)設(shè)數(shù)據(jù)資料，通過(guò)組建數(shù)學(xué)模型來(lái)分析建筑預(yù)設(shè)數(shù)據(jù)是否合理準(zhǔn)確，繼而得出結(jié)構(gòu)是否合理與科學(xué)，一旦出現(xiàn)任何問(wèn)題，將對(duì)建筑預(yù)設(shè)數(shù)據(jù)進(jìn)行合理的調(diào)整，直至符合要求。

1.2確保建筑結(jié)構(gòu)的質(zhì)量與安全

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化應(yīng)在以保障建筑結(jié)構(gòu)質(zhì)量與安全的前提下進(jìn)行。建筑結(jié)構(gòu)是否合理將直接影響到建筑的質(zhì)量和安全，因此，在設(shè)計(jì)優(yōu)化過(guò)程中應(yīng)盡可能減少剛度中心和質(zhì)量中心的偏差，以避免建筑在水平力作用下發(fā)生較大的扭轉(zhuǎn)形變。此外，建筑結(jié)構(gòu)應(yīng)盡可能的保證平面上的對(duì)稱，且垂直方向的支撐結(jié)構(gòu)的重心不允許出現(xiàn)偏差。

1.3結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)分析

經(jīng)數(shù)學(xué)模型確立后，應(yīng)合理運(yùn)用算法和迭代控制方法來(lái)分析建筑結(jié)構(gòu)的理論數(shù)據(jù)，以解決數(shù)學(xué)模型中存在的問(wèn)題。此外，針對(duì)第二步驟中的建筑結(jié)構(gòu)質(zhì)量與安全問(wèn)題，經(jīng)部分?jǐn)?shù)據(jù)分析后其存在問(wèn)題的解決難度可能會(huì)加大，為此，必須嚴(yán)格要求設(shè)計(jì)人員采用最全面，最科學(xué)的優(yōu)化算法，以避免后期出現(xiàn)問(wèn)題。

2房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化技術(shù)

2.1完善模型設(shè)計(jì)

完善設(shè)計(jì)模型對(duì)于房屋建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)具有十分重要的作用。設(shè)計(jì)人員在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中要科學(xué)應(yīng)用多種先進(jìn)技術(shù)，有效保證建筑結(jié)構(gòu)的安全性，加強(qiáng)設(shè)計(jì)模型的科學(xué)性。首先，可結(jié)合實(shí)際選擇結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)變量。設(shè)計(jì)人員需根據(jù)房屋建筑的重要和關(guān)鍵參數(shù)，明確結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)當(dāng)中的主要變量。其次，選擇設(shè)計(jì)模型變量的過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員應(yīng)在模型設(shè)計(jì)中確定目標(biāo)函數(shù)，使其可更好地應(yīng)用于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)當(dāng)中。另外，設(shè)計(jì)人員要以鋼筋截面尺寸為主要參數(shù)選擇目標(biāo)函數(shù)，有效控制工程建設(shè)的成本，避免工程成本消耗過(guò)大，進(jìn)而影響工程的經(jīng)濟(jì)效益。最后，結(jié)合實(shí)際合理確定約束條件。約束條件的合理性和全面性直接影響了建筑結(jié)構(gòu)的整體性和安全性。同時(shí)，設(shè)計(jì)人員需采取有效措施確定結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，做好數(shù)據(jù)分析工作，真正實(shí)現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)的目的。

2.2優(yōu)化房屋建筑的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

計(jì)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是房屋建筑設(shè)計(jì)中的重點(diǎn)內(nèi)容。設(shè)計(jì)人員可以通過(guò)優(yōu)化技術(shù)的應(yīng)用來(lái)合理選擇房屋建筑的具體基礎(chǔ)型式。目前在房屋建筑中主要有預(yù)制樁以及灌注樁這兩大類樁基礎(chǔ)型式，在設(shè)計(jì)中要對(duì)建筑上部結(jié)構(gòu)的重量以及地基的承載能力等進(jìn)行準(zhǔn)確的計(jì)算分析，并選擇相應(yīng)的樁型結(jié)構(gòu)。在確定號(hào)樁基礎(chǔ)類型后，設(shè)計(jì)人員還應(yīng)對(duì)根據(jù)土體的承載性能等來(lái)設(shè)定單樁的尺寸規(guī)格、布樁密度等，并優(yōu)化樁身的強(qiáng)度以及端部的載荷性能，并確保樁基礎(chǔ)的受力均勻一直，從而實(shí)現(xiàn)提高樁基礎(chǔ)整理受力性能的設(shè)計(jì)目的。

2.3優(yōu)化房屋建筑結(jié)構(gòu)中的地下室設(shè)計(jì)

目前很多高層房屋建筑都擁有地下室，而地下室的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也是對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行技術(shù)優(yōu)化的主要環(huán)節(jié)之一。在應(yīng)用優(yōu)化技術(shù)設(shè)計(jì)建筑的地下室結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格遵守結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范，對(duì)地下室層高進(jìn)行合理的控制，從而達(dá)到降低土方工程量，節(jié)約鋼筋混凝土等資源，減少施工以及后期維護(hù)管理成本的目的。在進(jìn)行地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員還要充分了解施工區(qū)域的水文地質(zhì)條件，并準(zhǔn)確計(jì)算分析地下室的浮力作用，從而合理進(jìn)行底板配筋以及抗拔樁的設(shè)置。

2.4優(yōu)化建筑主體設(shè)計(jì)

建筑主體是決定房屋質(zhì)量和安全的主要因素。針對(duì)房屋上部的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)在建立模型的基礎(chǔ)上開(kāi)展優(yōu)化設(shè)計(jì)，其步驟為剪力墻的設(shè)置。在保證剪力墻整體質(zhì)量均勻的基礎(chǔ)上，將剛度中心與結(jié)構(gòu)中心重合，盡可能的提高建筑物的抗震能力和抗風(fēng)能力。在條件允許的情況下，可采用延長(zhǎng)剪力墻長(zhǎng)度的方式來(lái)減少剪力墻的數(shù)量[2]，從而有效提高剪力墻的穩(wěn)定性并減少混凝土的使用量。

2.5優(yōu)化排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

排水系統(tǒng)應(yīng)盡可能的避免承受較大的荷載力和荷載強(qiáng)度，為此，應(yīng)將其建在地下室的房間內(nèi)，根據(jù)國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求設(shè)計(jì)，對(duì)管道的預(yù)留尺寸和深度進(jìn)行設(shè)計(jì)，并加固樓板經(jīng)鉆孔的位置。此外，還應(yīng)合理考慮水平走向管線的設(shè)計(jì)，盡可能的避免出現(xiàn)穿過(guò)承重墻和承重柱的情況。

2.6保障結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)性設(shè)計(jì)

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須能夠保障最優(yōu)的協(xié)調(diào)性，通過(guò)運(yùn)用適當(dāng)?shù)募夹g(shù)舉措來(lái)協(xié)調(diào)平面關(guān)系。反之，設(shè)計(jì)人員如果忽視了整個(gè)結(jié)構(gòu)應(yīng)有的協(xié)調(diào)性，將會(huì)埋下深層次的建筑施工隱患。在涉及到全方位的結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)時(shí)，要妥善布置建筑物現(xiàn)有的柱體、墻體和其他部位，以便于全面優(yōu)化建筑物應(yīng)有的綜合性能。保障建筑深度及建筑空間，要全面優(yōu)化建筑物的運(yùn)行效能，充分保障建筑物的安全性。

2.7優(yōu)選方案設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)人員要篩選最優(yōu)化的設(shè)計(jì)方案。經(jīng)過(guò)多層次的設(shè)計(jì)對(duì)比，選出與整個(gè)建筑物相適應(yīng)的最優(yōu)設(shè)計(jì)方案并詳細(xì)分析當(dāng)前現(xiàn)有的各項(xiàng)數(shù)值。要靈活配置設(shè)計(jì)人員現(xiàn)有的物力、人力與財(cái)力資源，優(yōu)選設(shè)計(jì)方案。以上設(shè)計(jì)舉措有助于從源頭杜絕過(guò)高的資金消耗和其他成本耗費(fèi)。建筑企業(yè)正在面對(duì)激烈的行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)。因此在建筑設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員不應(yīng)單純關(guān)注成本的降低，同時(shí)還需關(guān)注最根本的建筑物安全。近些年來(lái)，建筑企業(yè)正在嘗試引進(jìn)新型的建筑設(shè)計(jì)模式，通過(guò)引進(jìn)全新技術(shù)手段來(lái)顯著降低綜合性的設(shè)計(jì)成本、減少材料損耗，并且提升建筑設(shè)計(jì)能夠達(dá)到的整體水準(zhǔn)。

3結(jié)語(yǔ)

綜上所述，房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的原則主要是針對(duì)房屋建筑的功能體現(xiàn)、節(jié)能優(yōu)化、成本控制三大訴求而展開(kāi)的重要工作。在當(dāng)前的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，對(duì)于設(shè)計(jì)優(yōu)化的意思相對(duì)淡薄，而且相關(guān)工作的運(yùn)用熟練度普遍不夠，整體方案上還存在較多缺陷，但是隨著建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化意識(shí)的不斷加強(qiáng)，相關(guān)工作的質(zhì)量和效益必將帶來(lái)可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，從而實(shí)現(xiàn)建筑工程的整體效益。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊曉亮.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)用分析[J].居舍，2018，38（36）：99.

[2]陳東海.房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法的應(yīng)用分析[J].城市建設(shè)理論研究，2018，8（22）：150.

（作者單位：英山縣建筑勘察設(shè)計(jì)院）