對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的淺談

王歡

摘要：為了提高競爭力在提升建筑質(zhì)量的同時也要從房屋建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計階段進行造價的控制，這樣建筑企業(yè)就能夠從多個角度提高自身的競爭力，在這種經(jīng)濟發(fā)展新形勢下，對房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計進行優(yōu)化是我國建筑企業(yè)實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的一種有效方式之一。

關(guān)鍵詞：房屋建筑;結(jié)構(gòu)設(shè)計;優(yōu)化

一、在房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，對建筑結(jié)構(gòu)進行設(shè)計優(yōu)化的主要目的就在于在保證房屋內(nèi)部基本結(jié)構(gòu)優(yōu)化協(xié)調(diào)的同時，還能夠保證房屋工程結(jié)構(gòu)的“安全性、經(jīng)濟性、適用性和美觀性”，能夠在一定程度上降低工程造價。房屋工程的施工質(zhì)量直接關(guān)系到了我國人民的生命財產(chǎn)安全，因此，對房屋結(jié)構(gòu)要更加重視，并根據(jù)工程的實際情況進行優(yōu)化，而隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化技術(shù)也在不斷進步。

二、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化概述

由于建筑工程所涉及到的內(nèi)容非常豐富，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化所包含的內(nèi)容頁比較豐富，從總體上來看，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化工作包括對房屋總體結(jié)構(gòu)和分部結(jié)構(gòu)優(yōu)化兩個大的內(nèi)容，其中，在房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的建主結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計主要包括以下幾個方面的具體內(nèi)容，第一，房屋基本結(jié)構(gòu)優(yōu)化內(nèi)容。第二，房屋頂部結(jié)構(gòu)的優(yōu)化。第三，房屋的維護結(jié)構(gòu)、總體結(jié)構(gòu)、細節(jié)結(jié)構(gòu)等內(nèi)容的優(yōu)化設(shè)計。第四，要以房屋建筑的基本功能要求和舒適性要求為基礎(chǔ)，對房屋建筑結(jié)構(gòu)的造價進行控制，也就是要對“房屋的造價進行最優(yōu)化設(shè)計”。

之所以對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計進行優(yōu)化是因為優(yōu)化設(shè)計能夠?qū)崿F(xiàn)對有限的空間和資源進行充分利用，提高各種設(shè)備和材料的使用效率，盡量使優(yōu)化結(jié)構(gòu)下所建筑的房屋能夠?qū)崿F(xiàn)安全、可靠、經(jīng)濟、美觀。相關(guān)研究統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計與傳統(tǒng)設(shè)計相比能夠節(jié)省5%～33%的工程造價，因此，在房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中要積極應(yīng)用建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計技術(shù)，以推動建筑工程企業(yè)的常遠發(fā)展，實現(xiàn)資源的充分利用。

三、常用的房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化技術(shù)

常用的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化技術(shù)有很多種，不同的優(yōu)化技術(shù)產(chǎn)生的實際建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計效果也是不同的，而由于各種優(yōu)化技術(shù)都具有自身的特征，對建筑工程的要求也不同，因此，在與房屋建筑結(jié)構(gòu)相結(jié)合時就需要對房屋建筑工程的實際狀況進行分析，而基本優(yōu)化技術(shù)的應(yīng)用分為以下兩種。

（一）概念設(shè)計在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用

概念設(shè)計技術(shù)指的是“設(shè)計人員根據(jù)設(shè)計的一般規(guī)律和實踐經(jīng)驗，對房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的多種方案進行分析并優(yōu)化選擇方案的過程”。概念設(shè)計技術(shù)在房屋結(jié)構(gòu)中主要應(yīng)用在房屋結(jié)構(gòu)布置、房屋結(jié)構(gòu)的細節(jié)處理、荷載量的確定、參數(shù)選擇等部分的設(shè)計中，在進行概念設(shè)計過程中設(shè)計人員要對房屋施工方案進行綜合分析，從中選擇出最佳的施工方案。

（二）概念設(shè)計在建筑設(shè)計中的應(yīng)用

概念設(shè)計在房屋的建筑設(shè)計中進行應(yīng)用主要目的在于提高房屋的抗震能力，應(yīng)用在房屋的抗震性設(shè)計當(dāng)中，如果房屋抗震性能差，在發(fā)生地震時則會造成重大的損失，因此，房屋建筑設(shè)計中的抗震優(yōu)化設(shè)計就顯得尤為重要。然而發(fā)生地震的隨意性是非常大的，不同地區(qū)的地震等級、破壞能力等都是不同的，這就給房屋建筑設(shè)計中的抗震設(shè)計提出了更高的要求，相關(guān)數(shù)據(jù)的計算難度也非常大。概念設(shè)計是“綜合考慮決定抗震性能的各種因素和造價因素，選擇抗震性和經(jīng)濟性最強的方案。”因此，在房屋建筑設(shè)計中的概念設(shè)計優(yōu)化技術(shù)的應(yīng)用能夠大大提高房屋建筑的抗震能力。概念設(shè)計優(yōu)化技術(shù)在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中所應(yīng)用的主要思想是“小震不壞、中震可修、大震不倒”，其實這種思想也是多途徑設(shè)防的思想，多途徑設(shè)防思想是指“在發(fā)生大地震時，先破壞房屋次要的結(jié)構(gòu)，消耗地震能量，盡量保證房屋的主體結(jié)構(gòu)不遭到破壞?！?/p>

四、房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化策略

房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化策略是需要從不同的角度和方向來進行的，比如可以從節(jié)能環(huán)保角度進行優(yōu)化設(shè)計、從信息化自動化角度進行優(yōu)化設(shè)計等等，具體而言房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化策略大致有以下幾點。

（一）優(yōu)化選擇房屋建筑結(jié)構(gòu)類型

不同的形式的房屋建筑結(jié)構(gòu)類型是會產(chǎn)生不同的造價管理模式的，而在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中常用的結(jié)構(gòu)類型有如下幾種，第一，剪力墻結(jié)構(gòu)類型。該類型主要應(yīng)用于高層房屋建筑中，所依托的基礎(chǔ)為混凝土結(jié)構(gòu)施工技術(shù)，該種優(yōu)化結(jié)構(gòu)類型同“短肢剪力墻”結(jié)構(gòu)類型相比就有抗震性能強、鋼筋材料使用數(shù)量較少等特征。第二，框架結(jié)構(gòu)類型。這種類型主要優(yōu)點在于開間大、靈活布局、造價較低等優(yōu)點，但是該結(jié)構(gòu)類型也具有一定的缺點，柱的截面面積比較大，抗震能力相對較薄弱。第三，“框架―剪力墻”結(jié)構(gòu)類型。這種類型的結(jié)構(gòu)是對剪力墻和框架兩種結(jié)構(gòu)的優(yōu)化組合，其能夠綜合以上兩種結(jié)構(gòu)類型的優(yōu)點，結(jié)構(gòu)布置比較合理，實際應(yīng)用能力也比較強，該結(jié)構(gòu)的最突出特點就是抗側(cè)力能力比較強。

綜上所述的三種房屋結(jié)構(gòu)類型，無論是哪種都會有優(yōu)點和缺點，在進行結(jié)構(gòu)類型選擇過程中一定要從建筑質(zhì)量和建筑成本兩個角度出發(fā)優(yōu)化選擇，對于建筑質(zhì)量一定要符合業(yè)主和相關(guān)標準的要求，而對于建筑成本控制來說，要對房屋建筑工程的投資水平和施工單位的實際施工能力等進行分析和選擇，最好是實現(xiàn)利益均衡。

（二）積極應(yīng)用信息優(yōu)化技術(shù)

在房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中存在的變量比較多，房屋建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化造成了一定的障礙，因此考慮到房屋建筑結(jié)構(gòu)中存在的各種復(fù)雜因素，在優(yōu)化設(shè)計中就應(yīng)該積極應(yīng)用先進的信息技術(shù)，比如應(yīng)用一些參數(shù)定義軟件，這樣就能夠有效的減少房屋建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計中設(shè)計者的工作量，提高工作質(zhì)量和工作效率。可以分為兩個階段：第一階段是對材料使用量進行優(yōu)化配置，也就是說要使用最少數(shù)量的材料，實現(xiàn)最好的結(jié)構(gòu)性能，在該階段中需要把混凝土用量設(shè)置為目標函數(shù)，而“結(jié)構(gòu)構(gòu)件斷面大小”需要設(shè)置為變量。第二階段是優(yōu)化所設(shè)計結(jié)構(gòu)中的各種構(gòu)件強度，就是指對構(gòu)件中鋼用量與斷面大小進行調(diào)整，實現(xiàn)質(zhì)量和造價的完美結(jié)合。

（三）節(jié)能結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化

節(jié)能結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化是需要以綠色建筑理念為基礎(chǔ)，并積極應(yīng)用設(shè)計學(xué)中的方法。首先，優(yōu)化布局和表面形狀。布局就是指建筑的主要朝向，受到我國氣候條件的影響，為了保證房屋的陽光照射量的通風(fēng)良好，房屋的朝向盡量要朝南。表面形狀的優(yōu)化就是要保證所設(shè)計的房屋建筑外表面積不要接受冷風(fēng)的直接朝向，這樣就能夠減少熱能的消耗，起到節(jié)能效果。其次，維護結(jié)構(gòu)設(shè)計。維護結(jié)構(gòu)主要指的就是門窗和屋頂，對于門窗而言，在房屋朝南的方向所設(shè)置的門窗要盡量要大和多，這樣能夠最大限度吸收陽光輻射，朝向北的就要減少門窗，防止熱量的流失，材料也要選擇保溫效果好的。屋頂?shù)脑O(shè)計可以采用架空的方式或者是鋪設(shè)循環(huán)水管，夏天降溫冬天保暖。

五、結(jié)語：

從以上的分析中我們看到了房屋建筑中結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化是需要綜合進行的，雖然本文簡單的提出了三點優(yōu)化策略，但是在實際應(yīng)用中，不同的房屋建筑工程特征所要求的優(yōu)化方式也是不同的，還需要設(shè)計人員在優(yōu)化設(shè)計之前對房屋建筑工程實際狀況進行深入了解。

參考文獻：

[1]侯威.工程結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計理論與方法[J].工程技術(shù).2017（08）.

[2]鄒俊.建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中的現(xiàn)實應(yīng)用[J].科技風(fēng).2016（19）.