房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化

白云生

摘? ? 要：建筑是通過(guò)建筑、結(jié)構(gòu)、設(shè)備等各專(zhuān)業(yè)共同協(xié)作的產(chǎn)物。對(duì)于目前的住宅結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，建筑結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)優(yōu)化時(shí)需要注重經(jīng)濟(jì)，安全，美觀的要求。在施工過(guò)程中還應(yīng)便于施工與操作，盡最大程度提高空間的利用程度，從而實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益的最大化。通過(guò)優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，不僅可以有效地方便施工和運(yùn)營(yíng)，還可以節(jié)省施工成本和減少浪費(fèi)，滿(mǎn)足人們當(dāng)前對(duì)房屋結(jié)構(gòu)功能的需求，為人們提供更高水平的生活居住環(huán)境。

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

1? 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的重要意義

為了達(dá)到結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的目的，工程設(shè)計(jì)人員必須在保證結(jié)構(gòu)安全的前提下，通過(guò)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的整體概念分析，采用合理的優(yōu)化設(shè)計(jì)理念和方法進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，使得能有效地控制工程造價(jià)，滿(mǎn)足投資方的經(jīng)濟(jì)性要求。通過(guò)以往的優(yōu)化設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，相比于傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，優(yōu)化設(shè)計(jì)通?？梢赃_(dá)到降低工程造價(jià)5%～30%的目的。但是在實(shí)際的工程設(shè)計(jì)中，很多因素都制約了優(yōu)化設(shè)計(jì)的開(kāi)展和實(shí)施。比如，工程的設(shè)計(jì)進(jìn)度的要求，使得設(shè)計(jì)人員根本無(wú)暇顧及到結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)要求;再者，由于知識(shí)水平的限制，傻瓜化的設(shè)計(jì)軟件使得部分設(shè)計(jì)人員對(duì)優(yōu)化設(shè)計(jì)的理解缺乏，更談不上有效合理的優(yōu)化設(shè)計(jì)，大部分設(shè)計(jì)人員在所謂優(yōu)化設(shè)計(jì)中總著眼于局部部位而忽略了結(jié)構(gòu)總體方案的設(shè)計(jì)，沒(méi)有從總體布局上考慮造價(jià)的控制。為此，為了降低工程造價(jià)的成本，提高設(shè)計(jì)人員在提高設(shè)計(jì)人員在實(shí)際工作中對(duì)優(yōu)化設(shè)計(jì)的認(rèn)識(shí)和重視非常必要，只有加強(qiáng)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)效益的有效結(jié)合，通過(guò)合理的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，才能達(dá)到創(chuàng)造更大的社會(huì)效益。

2? 關(guān)于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的方法

2.1? 構(gòu)建優(yōu)化設(shè)計(jì)模型

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化就是指在各種會(huì)影響到變量中的參數(shù)進(jìn)行主要的選擇，之后建立起相應(yīng)的函數(shù)模型，并運(yùn)用科學(xué)合理的方法尋找最優(yōu)的結(jié)果。對(duì)結(jié)構(gòu)總體的優(yōu)化建立模型主要包括以下幾個(gè)方面：首先是對(duì)設(shè)計(jì)變量的合理選擇。一般情況下，設(shè)計(jì)變量會(huì)選擇對(duì)設(shè)計(jì)要求影響相對(duì)較大的參數(shù)，并將所涉及的參數(shù)依照各自的性能進(jìn)行區(qū)分，注意觀察參數(shù)的變化和影響，將變化較大的參數(shù)設(shè)定為預(yù)定參數(shù)，通過(guò)這種方法，能夠有效減少對(duì)編程計(jì)算的工作量。其次是需要確定目標(biāo)函數(shù)，使用函數(shù)能夠找出滿(mǎn)足條件的最優(yōu)結(jié)果。最后，需要對(duì)約束條件進(jìn)行確定。房屋結(jié)構(gòu)的可靠程度對(duì)結(jié)構(gòu)優(yōu)化的設(shè)計(jì)有著約束條件，包括有應(yīng)力約束、裂縫及寬度的約束、結(jié)構(gòu)尺寸約束、彈塑性約束等方面，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化的設(shè)計(jì)過(guò)程中，要注意考慮到各種約束性條件，以此來(lái)保證各個(gè)約束條件滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的要求。

2.2? 重視起結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的前期工作

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在前期的設(shè)計(jì)方案直接會(huì)影響到建筑工程的總體投資，就目前發(fā)展來(lái)看，大部分建筑企業(yè)沒(méi)有重視起結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)前期的方案設(shè)計(jì)階段，建筑設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行方案的設(shè)計(jì)時(shí)，沒(méi)有考慮到所設(shè)計(jì)出的結(jié)構(gòu)是否合理可行，直接會(huì)導(dǎo)致總體建筑結(jié)構(gòu)受到影響。設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)時(shí)還需要重視方案設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)合理性，盡量減少建筑投資的增加，節(jié)約建筑成本，保證建筑的綜合效益發(fā)展。

2.3? 注重細(xì)部結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

在注重整體設(shè)計(jì)的同時(shí)，也應(yīng)加強(qiáng)結(jié)構(gòu)局部構(gòu)件的精細(xì)設(shè)計(jì)。比如現(xiàn)澆板設(shè)計(jì)中盡量把異形板劃分為矩形板，這樣既達(dá)到合理受力的目的，也避免了拐角裂縫的出現(xiàn)。為減少柱構(gòu)件底部截面，采用高強(qiáng)度的混凝土是不錯(cuò)的選擇，但是水平構(gòu)件混凝土可適當(dāng)減少混凝土的標(biāo)號(hào)，滿(mǎn)足了受力要求，也節(jié)約了成本。

2.4? 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件在優(yōu)化設(shè)計(jì)中的運(yùn)用

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)以及結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)理論的結(jié)合，基于計(jì)算仿真的優(yōu)化設(shè)計(jì)思路已經(jīng)在工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中得到了廣泛的應(yīng)用。通過(guò)利用計(jì)算機(jī)分析軟件建立優(yōu)化設(shè)計(jì)的分析模型，采用高效的計(jì)算機(jī)優(yōu)化計(jì)算方法，設(shè)立結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)達(dá)到的目標(biāo)要求，最終實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化目的。在具體的優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程中，優(yōu)化設(shè)計(jì)實(shí)際上已經(jīng)由一個(gè)工程問(wèn)題轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)數(shù)學(xué)問(wèn)題。在大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)中，基于這一思想的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法具有其他算法無(wú)法替代的優(yōu)勢(shì)。因此，工程設(shè)計(jì)人員加強(qiáng)基于計(jì)算機(jī)技術(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)分析非常必要。

3? 針對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的建議

3.1? 合理選擇房屋建筑結(jié)構(gòu)的類(lèi)型

不同建筑結(jié)構(gòu)形式的房屋，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)類(lèi)型具有不同的工程造價(jià)管理。采用不同的建筑結(jié)構(gòu)形式均可以滿(mǎn)足該建筑的使用功能要求，但是工程造價(jià)方面卻有著較大區(qū)別，例如：一棟兩層別墅可以采用框架、剪力墻、框剪結(jié)構(gòu)等形式，但是采用框架結(jié)構(gòu)造價(jià)明顯低于剪力墻及框剪結(jié)構(gòu)，這種類(lèi)型可以具有更大的開(kāi)間，更靈活的布局和更低的工程成本。

3.2? 選擇最為優(yōu)化的計(jì)算程序

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算程序是由計(jì)算機(jī)和設(shè)計(jì)理論相互結(jié)合所組成的，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面發(fā)揮著重要作用，推動(dòng)著建筑結(jié)構(gòu)整體的發(fā)展。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算軟件較多，如何選擇最為合理優(yōu)化的結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件，顯得非常重要，通過(guò)選擇最為合理的計(jì)算方法，設(shè)計(jì)人員能夠在此基礎(chǔ)上進(jìn)行最優(yōu)設(shè)計(jì)，從而為工程節(jié)省造價(jià)，提高項(xiàng)目整體效益。

3.3? 分析相關(guān)數(shù)據(jù)，選擇最優(yōu)方案

目前在建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)實(shí)際操作中，更多的是采用在“分析與校核”基礎(chǔ)上的“綜合與優(yōu)選”方法，真正的建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件還不完善。今后急需大力開(kāi)展結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的應(yīng)用研究，如開(kāi)展有關(guān)設(shè)計(jì)思想及優(yōu)化技術(shù)的普及工作，編制符合設(shè)計(jì)實(shí)際需要的優(yōu)化電算程序等;另一方面需要繼續(xù)深入進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的理論工作，如對(duì)多目標(biāo)優(yōu)化、結(jié)構(gòu)動(dòng)力設(shè)計(jì)優(yōu)化、離散值設(shè)計(jì)變量?jī)?yōu)化、隨機(jī)規(guī)劃和模糊規(guī)劃等課題以及模型化處理等。

4? 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)本文可以看出，我國(guó)在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)發(fā)展還是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，必須要重視起對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)優(yōu)化，不斷提高設(shè)計(jì)思維，積極引進(jìn)并熟練掌握優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法，建立健全建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案，不斷嘗試在設(shè)計(jì)工作中應(yīng)用新的設(shè)計(jì)方式，推動(dòng)房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化工作質(zhì)量和效率的提高，實(shí)現(xiàn)促進(jìn)建筑工程經(jīng)濟(jì)整體效益。

參考文獻(xiàn)：

[1] 吳自彬.房屋建筑結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)及施工技術(shù)研究[J].科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新，2018，（27）：122～123.

[2] 陳繼專(zhuān)，祁鳳英.房屋建筑結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)及施工技術(shù)應(yīng)用探析[J].綠色環(huán)保建材，2018（9）：63～64.

[3] 鐘國(guó)華.土木工程建設(shè)中房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)常見(jiàn)問(wèn)題探討[J].價(jià)值工程，2018（24）：213～214.

[4] 陳敏.土木工程建設(shè)中房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)常見(jiàn)問(wèn)題探討[J].江西建材，2018（3）：35～36.

[5] 徐龍坤.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)用研究[J].江西建材，2017（23）：13+20.