建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計方法在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應用

薛飛

（廣州市弘基市政建筑設(shè)計院有限公司大同分公司，山西大同 037000）

對房屋建筑結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設(shè)計是保證房屋建筑工程質(zhì)量的重要前提。眾所周知，房屋建造者的最終目的是用最經(jīng)濟的建設(shè)成本建造安全可靠的房屋建筑，以期達到經(jīng)濟效益最大化。使房屋建筑企業(yè)節(jié)約建設(shè)成本的有效方法可以通過對房屋建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計實現(xiàn)，對房屋建筑結(jié)構(gòu)進行合理設(shè)計然后通過后期施工企業(yè)建設(shè)，達到房屋建筑更加安全和經(jīng)濟適用的目的。以常見的居民住宅為例，對這類房屋建筑進行結(jié)構(gòu)設(shè)計時，必須從房屋建筑的結(jié)構(gòu)布局和房屋的實際使用功能進行綜合考慮，這是對房屋結(jié)構(gòu)實施優(yōu)化設(shè)計的先決條件，與此同時，也對房屋建筑結(jié)構(gòu)實施設(shè)計的相關(guān)人員提出更嚴格的要求，要求設(shè)計人員不僅要詳細了解建筑的整體布局和實際功能，還要依據(jù)專業(yè)的技能設(shè)計出更加實用合理的房屋建筑，保證房屋建筑的質(zhì)量安全和建造企業(yè)的經(jīng)濟效益。

1 對房屋建筑結(jié)構(gòu)實施優(yōu)化設(shè)計的重要意義

我國城鄉(xiāng)建設(shè)形勢一片大好，而底層以下房屋被高層建筑逐漸代替是城鄉(xiāng)建設(shè)發(fā)展的必然方向。因此，如何在降低建筑成本的基礎(chǔ)上保障人們對住房的多面需求成了房屋建造者和相關(guān)企業(yè)密切關(guān)注的問題。房屋結(jié)構(gòu)實施優(yōu)化設(shè)計，需要設(shè)計人員在保證房屋質(zhì)量的基礎(chǔ)上對建筑結(jié)構(gòu)進行合理優(yōu)化。具體表現(xiàn)為：設(shè)計人員要對即將建造的房屋結(jié)構(gòu)做詳細了解然后進行專業(yè)分析研究，同時結(jié)合當下先進的設(shè)計觀點并依托科學技術(shù)，進而有效控制房屋建筑的投資成本。有關(guān)資料表明，房屋結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的投資成本比沒有優(yōu)化的結(jié)構(gòu)成本低很多。但實際情況是，在房屋建筑真正施工時，根本無法做到建筑結(jié)構(gòu)的充分優(yōu)化，究其原因，一方面是由于部分施工企業(yè)為盡早完成建筑工期，只求速度不求質(zhì)量，使房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計無法做到真正優(yōu)化；另一方面，由于設(shè)計人員專業(yè)知識的欠缺以及經(jīng)驗不足而導致設(shè)計出來的作品達不到充分優(yōu)化的效果；另外，還有部分設(shè)計人員在設(shè)計中過于重視房屋建筑的某一方面，忽視了對房屋建筑的整體布局，導致在實際施工中增加建筑企業(yè)不必要的投資成本。從以上方面可以得出，設(shè)計人員在實施結(jié)構(gòu)設(shè)計時，不僅需要優(yōu)化房屋建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計，還需要全面考慮相關(guān)企業(yè)的經(jīng)濟利益，進而保證設(shè)計人員低投入高質(zhì)量的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案以及房屋建筑企業(yè)經(jīng)濟效益最大化。

與傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計相比，對房屋建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計實施優(yōu)化具有更大優(yōu)勢，不僅可以使器械設(shè)備得到更有效的發(fā)揮，還有力保證了建筑材料的安全性。對建筑結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設(shè)計，同時還能有效縮減房屋建筑企業(yè)的成本投資，使企業(yè)利益實現(xiàn)經(jīng)濟效益最大化。另外，優(yōu)化房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計能幫助建筑企業(yè)在施工過程細化房屋結(jié)構(gòu)的每一環(huán)節(jié)，使它們緊密連接進而保證房屋建筑的整體質(zhì)量，保障房屋用戶的安全使用。通過以上可以得知，對房屋建筑結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設(shè)計是保證居民用房經(jīng)濟、適用、安全的重要條件。

2 對房屋建筑結(jié)構(gòu)實施優(yōu)化設(shè)計的詳細措施

2.1 實施房屋結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的規(guī)則

對房屋建筑結(jié)構(gòu)實施優(yōu)化設(shè)計的具體措施為：①合理選擇設(shè)計參數(shù)。通常情況下，在房屋建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計中如何選擇參數(shù)是結(jié)構(gòu)設(shè)計的關(guān)鍵，比如，設(shè)計人員需要預算房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計成本、估算損失范圍的目標可控參數(shù)、房屋結(jié)構(gòu)的安全控制參數(shù)等，另外，把能輕易達到建筑結(jié)構(gòu)要求的設(shè)計參數(shù)或設(shè)計過程中變化范圍較小的部分設(shè)為預定參數(shù)，以上方式不僅能幫助設(shè)計人員有效減少反復設(shè)計、重復計算的時間，還幫助設(shè)計人員節(jié)省了大量設(shè)計程序的工作時間；②對目標函數(shù)進行確定。為了保證房屋建筑成本的最優(yōu)化，設(shè)計人員應選擇能滿足預期目標的參數(shù)。比如，在進行結(jié)構(gòu)設(shè)計時，設(shè)計人員可以先確定房屋建筑橫截面的長短以及建筑鋼筋的實際面積等；③明確設(shè)計范圍條件。要保證房屋建筑結(jié)構(gòu)的更加穩(wěn)固，首選需確定房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的范圍，比如房屋結(jié)構(gòu)大小范圍、建筑受力范圍、房屋結(jié)構(gòu)變形范圍、結(jié)構(gòu)強度范圍、結(jié)構(gòu)間縫隙范圍、房屋局部條件范圍、結(jié)構(gòu)體系范圍、常態(tài)使用房屋的彈性范圍、房屋極限條件下的使用范圍、房屋安全使用標準范圍等。實際設(shè)計中，對房屋建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計時設(shè)計人員要對比實際勘測條件以及預期目標條件，使設(shè)計更加科學合理，制定最優(yōu)的設(shè)計方案，進而保證建筑企業(yè)的經(jīng)濟效益和房屋質(zhì)量。

2.2 對房屋建筑結(jié)構(gòu)實施優(yōu)化設(shè)計的計算方式及相關(guān)程序

對房屋建筑結(jié)構(gòu)實施優(yōu)化設(shè)計的同時還要保證房屋質(zhì)量的安全，這無疑增加了設(shè)計人員的工作難度，主要是由于在房屋實際建造中，面臨不可預測的許多問題和限制條件。在進行房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計時，設(shè)計人員可以依據(jù)實際環(huán)境合理采用復合法或者拉格朗日乘子法等對房屋建筑結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化計算，保證房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性。在設(shè)計中，設(shè)計人員在進行優(yōu)化設(shè)計時應以房屋質(zhì)量安全為基礎(chǔ)并結(jié)合相應的計算公式，編寫合理的設(shè)計程序，保證設(shè)計的全面性和計算的效率性。

2.3 分析房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計結(jié)果

設(shè)計人員需對結(jié)構(gòu)設(shè)計的多種結(jié)果進行認真研究，選擇科學適宜的設(shè)計方案。由于建筑投資涉及項目范圍廣泛，其中會牽涉大大小小的建筑問題，設(shè)計人員在進行優(yōu)化設(shè)計時，要以建筑安全和企業(yè)利益為根本出發(fā)點進行全面分析，合理協(xié)調(diào)企業(yè)經(jīng)濟利益和建筑成本的關(guān)系，不能顧此失彼，重視了成本投資而忽視了優(yōu)化設(shè)計的真正意義，對房屋建筑結(jié)構(gòu)進行設(shè)計時既做到建筑功能實用，又能保證建筑企業(yè)經(jīng)濟效益最大化。

3 房屋建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的實際應用

3.1 整體優(yōu)化和局部優(yōu)化

建筑工程都具備復雜和條理這兩大顯著特征。從條理方面看，主要包括房屋建筑的設(shè)計、結(jié)構(gòu)和安裝設(shè)計等幾大系統(tǒng)，同時每個系統(tǒng)還會細化更多的小系統(tǒng)。對房屋建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計中，設(shè)計人員需要先優(yōu)化設(shè)計小系統(tǒng)，逐一向上，達到優(yōu)化設(shè)計的合理性，進而保證房屋建筑整體設(shè)計的條理性。從復雜方面說，結(jié)構(gòu)設(shè)計時，設(shè)計人員需要綜合考慮原材料的采購、房屋結(jié)構(gòu)的類型以及建筑部件的選取等，因此，設(shè)計人員要實現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化性必須從房屋建造的全局出發(fā)，并且從局部優(yōu)化開始直至達到房屋建筑結(jié)構(gòu)整體優(yōu)化的目的。

3.2 對房屋建筑結(jié)構(gòu)實施分段優(yōu)化

每個房屋建筑都有各自的使用期限，不同使用階段會有不同的設(shè)計方案，換言之，不同階段的建筑結(jié)構(gòu)需要進行不同的優(yōu)化設(shè)計。因此，設(shè)計人員需針對房屋建筑結(jié)構(gòu)的不同階段制定符合實際的優(yōu)化設(shè)計，延長房屋建筑的使用年限，進而保證房屋建筑質(zhì)量，實現(xiàn)建筑企業(yè)經(jīng)濟利益最大化。

3.3 對房屋結(jié)構(gòu)和電氣進行合理優(yōu)化

在房屋建筑結(jié)構(gòu)中，金屬管外部暴露電氣管線或以導線形式出現(xiàn)在建筑墻體或樓板中，會大大提高實際施工的困難程度。基于此，設(shè)計人員應提前對房屋結(jié)構(gòu)和電氣布置進行合理設(shè)計，比如，在梁預制時，通過建筑梁牽引管線并提前設(shè)定孔洞，前提是要在梁寬和墻體厚度一致的情況下進行。如果在實際施工中不慎發(fā)生偏差，要使梁的側(cè)平面與墻體一側(cè)的平面保持一致，以防管線外漏發(fā)生漏電危險?，F(xiàn)在的電梯房建筑都會預留很多孔洞以便埋置需要的構(gòu)件，在對這類建筑進行結(jié)構(gòu)設(shè)計時，設(shè)計人員需要單獨預算房屋建筑強度，使房屋結(jié)構(gòu)的整體設(shè)計更加科學合理，進而保證房屋建筑工程質(zhì)量的安全。

3.4 對房屋結(jié)構(gòu)和排水管線進行合理優(yōu)化

通常在房屋建筑設(shè)計中會把水泵房設(shè)置到地下室中，原因是因為房屋建筑中許多器械設(shè)施都在排水房間內(nèi)，它需要承載比一般房屋較大的強度。由于排水房間的管道規(guī)格不同且數(shù)量繁多，這就要求設(shè)計人員在進行結(jié)構(gòu)設(shè)計時必須保證預埋管道高度和預留孔徑長短完全符合，同時在設(shè)計中還要額外加固建筑樓板打孔的地方確保建筑質(zhì)量的安全性。另外，設(shè)計人員對房屋結(jié)構(gòu)進行設(shè)計時，要竭力保持橫穿的管線柱處于低水平狀態(tài)。如果管線需要穿過房屋的承載墻，必須進行再加固和后期維護事宜。同時需要注意的是，對房屋建筑進行結(jié)構(gòu)設(shè)計時盡量避免管道繞柱繞梁，以免出現(xiàn)房屋結(jié)構(gòu)和建筑管線配置不合理的現(xiàn)象，進而威脅房屋建筑的質(zhì)量安全。

在房屋結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設(shè)計中，對建筑內(nèi)電氣和排水管線實施優(yōu)化配置的目的都是為了保證房屋建筑的質(zhì)量安全，同時優(yōu)化配置也為建筑企業(yè)降低投資成本，幫助企業(yè)實現(xiàn)更好的經(jīng)濟效益。

綜上所述，在我國經(jīng)濟飛速發(fā)展的背景下，建筑行業(yè)生存越發(fā)艱難。房屋建筑企業(yè)要在激烈的市場競爭中保持長久發(fā)展，就必須利用自身優(yōu)勢發(fā)揮拼搏創(chuàng)新的精神，團隊之間緊密協(xié)作，通過不斷的優(yōu)化房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計，為房屋用戶打造優(yōu)質(zhì)的安全性價比高的建筑作品。眾所周知，房屋建筑的所有投資中，結(jié)構(gòu)成本投資的比例較大，對房屋結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設(shè)計，不僅保證了建筑質(zhì)量的安全，還有效降低了建筑結(jié)構(gòu)的成本投資，進而有利縮減整個建筑施工的投資金額，實現(xiàn)建筑企業(yè)的經(jīng)濟利益最大化。因此，設(shè)計人員對房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時，從建筑預案源頭開始，對房屋建筑的整體結(jié)構(gòu)實施全面合理的預算，秉承認真負責的工作態(tài)度，把握經(jīng)濟實用、科學合理的設(shè)計理念，結(jié)合自身的技術(shù)知識，從建筑企業(yè)的經(jīng)濟利益出發(fā)，以房屋建筑的質(zhì)量安全為中心，設(shè)計保質(zhì)保量的建筑方案，進而幫助建筑企業(yè)實現(xiàn)低投入高回報的經(jīng)濟目標。