房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化研究

吳學(xué)偉

（四川大學(xué)錦城學(xué)院， 四川 成都 611731）

0 引言

在房屋建筑施工領(lǐng)域，針對建筑進行整體結(jié)構(gòu)性優(yōu)化是一個復(fù)雜且全面的工作，在對房屋結(jié)構(gòu)的優(yōu)化中需要不斷改善結(jié)構(gòu)的各項性能參數(shù)，以滿足人們對房屋建筑的苛刻要求，同時在優(yōu)化中需要企業(yè)不斷創(chuàng)新技術(shù)，做好全面性技術(shù)研究，保持先進的創(chuàng)新理念，能夠有效的提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的整體性能要求。在優(yōu)化前需要實地對建筑施工環(huán)境進行全面性勘察，了解水文地質(zhì)情況，并根據(jù)地地理條件與用戶需求對房屋建筑結(jié)構(gòu)做優(yōu)化調(diào)整，確保整個建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化過程符合科學(xué)性與標(biāo)準(zhǔn)性要求。

1 對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的意義研究

1.1 房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的作用

在現(xiàn)代化的建筑工程領(lǐng)域，越發(fā)注重對建筑質(zhì)量的要求，這樣既能保障在房屋建筑施工時的安全性，同時也可以順利推進建筑施工，保障建筑體的質(zhì)量要求。因此在建筑行業(yè)將重心放在了對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化中，通過針對房屋結(jié)構(gòu)的社會優(yōu)化，能夠很好的提高建筑整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與安全性，大大增強房屋的質(zhì)量與安全性。最為關(guān)鍵的時，針對建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計優(yōu)化能夠在保障建筑體結(jié)構(gòu)性能的同時最大程度節(jié)約建筑的施工成本。如針對建筑結(jié)構(gòu)進行合理、科學(xué)化調(diào)整，能夠有效節(jié)約施工的材料、降低人力資源的投入，對于后期質(zhì)量的監(jiān)管也更容易等。房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化前后對比明顯，基于更加科學(xué)完善的優(yōu)化技術(shù)，使得建筑材料的使用率被大大提高，同時降低了房屋的整體重量，使得材料需求降低，同時建筑力學(xué)性能得到有效提高，更加科學(xué)、合理化的建筑室內(nèi)布局，能夠給人們提供更加美觀、多功能化的住房舒適體驗，因此房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化既符合建筑的使用價值，也符合建筑的經(jīng)濟性價值與美觀性價值，并提升建筑的整體質(zhì)量要求。

1.2 房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化原則

整個房屋建筑設(shè)計優(yōu)化是一項技術(shù)含量很高的工作內(nèi)容，其相關(guān)設(shè)計人員既要充分對房屋建筑周邊的地理、水文參數(shù)有一個詳細了解，同時需要專業(yè)化、系統(tǒng)化的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計知識，在眾多設(shè)計優(yōu)化方案中選擇最佳、符合各項要求的方案，其中對房屋結(jié)構(gòu)的優(yōu)化將涉及到如對建筑整體框架結(jié)構(gòu)的優(yōu)化、房屋屋頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)的設(shè)計優(yōu)化、圍護結(jié)構(gòu)以及屋內(nèi)細節(jié)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化等，同時在設(shè)計優(yōu)化環(huán)節(jié)還要考慮房屋建筑的整體功能布局要求，對房屋受力性、穩(wěn)定性做全面性優(yōu)化，在保障質(zhì)量的同時， 還需要在豎直方向?qū)Ψ课莩兄亟Y(jié)構(gòu)進行設(shè)計, 避免轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的使用,。后續(xù)還要增加房屋環(huán)節(jié)布局的優(yōu)化方案，通過合理對環(huán)境生態(tài)的保護與布局，使得整個建筑更具有美觀性，能夠在舒適性、安全性、穩(wěn)定性等方面符合居住人的條件與要求。

2 房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的步驟分析

2.1 建立結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型

在建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化中，其優(yōu)化的重點在于如何從建筑變化的參數(shù)中提取更加有效的因子，并對其進行合理、科學(xué)化的布局與調(diào)整，使得最終的設(shè)計更完善、符合各項性能參數(shù)要求。在市里的建筑工程領(lǐng)域，將會涉及到眾多的參數(shù)值，而這些數(shù)值通常不是最終方案，只是定稿值，所以在具體進行房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化環(huán)境需要針對參數(shù)值進行價值考量，所以針對建筑結(jié)構(gòu)模型設(shè)計首先是選擇變量, 它能后在保障建筑整體性能要求前提下進行更細致的優(yōu)化，將各項參數(shù)影響降到最低，同時對于施工的難度、各項工程的計算、數(shù)據(jù)的優(yōu)化都更加友好，符合設(shè)計師對于房屋結(jié)構(gòu)的優(yōu)先考慮要求。針對建房的各方要求，在具體針對房屋結(jié)構(gòu)的設(shè)計優(yōu)化中需要首先滿足尺寸、結(jié)構(gòu)、強度性能、室內(nèi)布局等各方條件要求。同時，在具體的優(yōu)化設(shè)計中，將房屋橫截面以及鋼筋的尺寸提前設(shè)定, 在其中相關(guān)設(shè)計人員需要對其中的具體參數(shù)進行緊密細致的計算，最終確定最符合優(yōu)化方案的函數(shù)組，將對建筑體的影響降到最低。

2.2 具體優(yōu)化計算方法

在房租建筑結(jié)構(gòu)的具體優(yōu)化步驟中，首先需要對各種變量進行確計算，計算方法有很多種，而在具體選擇計算方法時要需要選擇簡單，運算效率高，同時不會造成繁瑣工作任務(wù)的計算方法。除此之外，結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化需要配合功能與用途需求，保障相關(guān)設(shè)計優(yōu)化參數(shù)能夠同時高速運轉(zhuǎn)并在最終的設(shè)計程序結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化中發(fā)揮實質(zhì)性效果。所以在優(yōu)化中設(shè)計師需要關(guān)注對程序的選擇。在對各項變量數(shù)據(jù)的計算模擬以后，設(shè)計師將對相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計結(jié)果進行匯總研究，并從中發(fā)現(xiàn)方案的差異點與利弊點，平衡各方參數(shù)，將經(jīng)濟效益、技術(shù)含量、設(shè)計功能布局要求做綜合性研究，最終確定比較科學(xué)合理的參數(shù)優(yōu)化方案。

3 房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化中的問題研究

3.1 承載力問題

在房屋結(jié)構(gòu)優(yōu)化中首先需要考慮的就是建筑結(jié)構(gòu)的承載力，建筑結(jié)構(gòu)的 承載力將直接影響房屋的力學(xué)性能，對房屋的質(zhì)量安全有著直接性影響，因此在房屋結(jié)構(gòu)優(yōu)化中要保障整個建筑結(jié)構(gòu)框架具備良好、穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)框架穩(wěn)定性能力，這樣才可以確保建筑的質(zhì)量符合設(shè)計要求，同時提高建筑質(zhì)量性能。特別是在高層房屋建筑和超高層的房屋建筑，水平和豎直承載力很難有效被房屋結(jié)構(gòu)所均攤，一旦某個部位的結(jié)構(gòu)承載力超過理論負荷，那么建筑體就受到外界因素的影響，如地震、大風(fēng)、重量過大等都會導(dǎo)致房屋建筑受損。所以在房屋建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化中，優(yōu)先考慮承載力問題，注重去分析力的組成，將承載力合理均攤，保障建筑的質(zhì)量。

3.2 房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化中結(jié)構(gòu)容易發(fā)生形變問題

房屋建筑結(jié)構(gòu)的形變將會影響整個建筑的綜合性能，不管是外觀、質(zhì)量、承載能力都將發(fā)生改變。對建筑結(jié)構(gòu)的整體性而言，豎向的承載力所構(gòu)成的影響較小，但是一旦超過承載力的境界之，勢必會對建筑整體力學(xué)性能帶來嚴(yán)重影響，不僅降低建筑的使用壽命，同時對周圍地質(zhì)結(jié)構(gòu)也會帶來實質(zhì)性影響。若發(fā)生外界的外力影響因素會影響到建筑的結(jié)構(gòu)問題，特別是對于一些很高層的房屋建筑而言，一旦建筑體核心承受柱體出現(xiàn)壓力負荷，勢必會引起建筑體整體結(jié)構(gòu)的形變，尤其是支撐軸的變化。如果建筑豎向的承載力發(fā)生變化，那么對于建筑結(jié)構(gòu)的影響是最為致命的，整個結(jié)構(gòu)框架都會發(fā)生改變，出現(xiàn)很多連鎖反應(yīng)，如房屋建筑傾斜、承受體出現(xiàn)皸裂、地基結(jié)構(gòu)出現(xiàn)塌陷等。所以在對房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計進行優(yōu)化時。需要精準(zhǔn)確定各項重要的參數(shù)，同時對力學(xué)的各方設(shè)計要科學(xué)合理，提高建筑體的整體力學(xué)性，同時保障建筑的整體美觀要求。

4 房屋結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的策略研究

4.1 科學(xué)構(gòu)建房屋建筑設(shè)計的模型

在具體的房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化中，需要精準(zhǔn)科學(xué)化的對房主建筑結(jié)構(gòu)進行模型建構(gòu)。首先，就是需要科學(xué)選擇變量。變量就是在房屋建筑設(shè)計中可以用來進一步優(yōu)化的參數(shù)值，通常而言在設(shè)計優(yōu)化前需要整體性分析建筑結(jié)構(gòu)的各項性能，認真了解需要優(yōu)化的內(nèi)容點以及關(guān)鍵點，從而對整體的設(shè)計方案能有全面的掌握認識，同時也要考慮建筑建設(shè)中其他因素的影響 。從具體的結(jié)構(gòu)優(yōu)化環(huán)節(jié)來看，特別是相關(guān)工程涉及到的細節(jié)參數(shù)，需要作為優(yōu)化的理論依據(jù)，在選擇最佳方案時在其中做合理的取舍，參考房屋工程建設(shè)的參數(shù)，明確數(shù)據(jù)目標(biāo)，最大限度降低對建筑的直接性影響，同時降低設(shè)計優(yōu)化所帶來的偏差;然后是科學(xué)化選擇優(yōu)化函數(shù)，在以實用性跟穩(wěn)定性的前提下，既要做好成本控制，同時對房屋整體結(jié)構(gòu)、尺寸、用料等進行合理選擇，保障穩(wěn)定，再結(jié)合具體施工的條件，最終合理施工。

4.2 結(jié)構(gòu)計算模式的優(yōu)化研究

由于房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化設(shè)計內(nèi)容繁多，需要考慮的細節(jié)點具有一定難度，具有系統(tǒng)性與復(fù)雜性要求，所以為了保障數(shù)據(jù)的各方面科學(xué)完整，需要對相關(guān)數(shù)據(jù)參數(shù)進行匯總，同時基于科學(xué)計算要求，利用計算機系統(tǒng)對相關(guān)數(shù)據(jù)進行科學(xué)化整理與分析計算。在具體建造結(jié)構(gòu)的設(shè)計過程中，需要對各種建造的數(shù)據(jù)進行計算處理 ，處理的結(jié)構(gòu)需要進行綜合性研究與分析，并努力對結(jié)果數(shù)據(jù)進行調(diào)整優(yōu)化，確保優(yōu)化的數(shù)據(jù)不會對設(shè)計構(gòu)成影響，也不會帶來額外的約束條件。同時，為了更好地滿足房屋設(shè)計工作的實際要求，在設(shè)計優(yōu)化中，通常會采取多種建筑機構(gòu)的設(shè)計運算系統(tǒng)，這樣對同一個數(shù)據(jù)進行更加精準(zhǔn)化處理，為后續(xù)的參數(shù)優(yōu)化提供更加精準(zhǔn)的理論參考。同時在數(shù)據(jù)優(yōu)化計算中還會對不同計算方法和模式的優(yōu)點缺點加以分析，以最符合建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計要求的計算模式為最佳，同時保障設(shè)計優(yōu)化的合理性與實用性，提高建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計優(yōu)化效果。

4.3 針對房屋形體的優(yōu)化研究

房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化既要保障建筑體的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定與安全穩(wěn)定，同時對建筑體的整體室內(nèi)布局、外觀布局也有著嚴(yán)格的要求。建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計優(yōu)化講究科學(xué)性要求，在不斷提高建筑的整體穩(wěn)定性的同時，對建筑的布局、外觀優(yōu)化也同樣提出了更好的要求，符合當(dāng)下對建筑的審美要求，并在結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計中做創(chuàng)新設(shè)計，在原有優(yōu)化措施的基礎(chǔ)上，科學(xué)調(diào)整建筑內(nèi)部的形狀和結(jié)構(gòu)，提升設(shè)計的完整性，并不斷提高客戶的住房需求體驗。

所以在具體的設(shè)計優(yōu)化中，設(shè)計師需要根據(jù)建筑體的選址、設(shè)計方案、結(jié)構(gòu)布局、水文氣象等綜合性因素進行分析，同時還要結(jié)合設(shè)計的要求與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，初步確定相關(guān)優(yōu)化設(shè)計方案，并在后續(xù)的數(shù)據(jù)模型優(yōu)化中不斷對相關(guān)內(nèi)容進行優(yōu)化與改進。應(yīng)用外形優(yōu)化設(shè)計的方法，借助建設(shè)計筑標(biāo)準(zhǔn)和外形結(jié)構(gòu)的特征，進行高度整合重新優(yōu)化設(shè)計。在設(shè)計中也要注重對連續(xù)性結(jié)構(gòu)以及稈系結(jié)構(gòu)的設(shè)計與優(yōu)化，保障其發(fā)揮相應(yīng)的功能作用，同時也符合功能美觀性需求，確保建筑的整體外貌完整一體化，滿足設(shè)計的審美要求。

4.4 房屋截面優(yōu)化研究

除了需要對房屋的整體外形進行優(yōu)化設(shè)計，還需要注重一些細節(jié)點的優(yōu)化，這樣才能保障房屋整理結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定與安全，這對于房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化同樣重要。所以設(shè)計者需要對整個建筑結(jié)構(gòu)的安全性加以綜合考慮，結(jié)合房屋設(shè)計需要，努力確保截面運算的完整性與科學(xué)性，同時在優(yōu)化調(diào)整中讓截面設(shè)計都符合設(shè)計規(guī)范化標(biāo)準(zhǔn)。筑截面的優(yōu)化設(shè)計不僅需要注重對數(shù)據(jù)精準(zhǔn)性的把控，同時在操作時也需要保障界面的穩(wěn)定性，能夠確保建筑體整體建構(gòu)穩(wěn)固，提高建筑體的整體使用壽命。

5 結(jié)語

社會現(xiàn)代化的今天，人們對于房屋建筑的功能、設(shè)計要求越來越高，如何有效提高房屋的住房品質(zhì)與安全性要求，就需要從設(shè)計、施工、質(zhì)量檢測各個層面入手，努力對建筑施工的各個環(huán)節(jié)進行優(yōu)化，才能有效提高建筑的品質(zhì)與性能。對于房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化要注重設(shè)計要求的規(guī)范性，既要保障其具備良好的力學(xué)性能，同時對于其外觀、室內(nèi)布局.建筑風(fēng)格、截面優(yōu)化設(shè)計同樣提出了很高的要求，從而為客戶提供優(yōu)質(zhì)、滿意的住房，促進我國建筑行業(yè)的科學(xué)發(fā)展。