房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中優(yōu)化技術(shù)應(yīng)用探討

鄭慧敏

（山西省太原市建筑設(shè)計研究院，山西 太原 030000）

關(guān)鍵字：房屋建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計；優(yōu)化技術(shù)；應(yīng)用

1 什么是房屋優(yōu)化設(shè)計

對房屋結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化就是在房屋結(jié)構(gòu)原有的基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化，使得現(xiàn)場施工更加容易，成本也能夠下降，因此需要對現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案進(jìn)行全面了解，在保證房屋的安全居住和使用功能呢的前提下，優(yōu)化設(shè)計需要考慮房屋現(xiàn)有的問題，然后用最經(jīng)濟(jì)的角度去完成建筑的優(yōu)化設(shè)計。在優(yōu)化設(shè)計中需要考慮的主要內(nèi)容有：1）對房屋建筑的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，結(jié)合周邊環(huán)境的影響和可能出現(xiàn)的荷載，房屋建筑所處的場地和地質(zhì)等，對整個設(shè)計過程進(jìn)行分析并優(yōu)化，進(jìn)行設(shè)計改進(jìn)。2）在進(jìn)行整體優(yōu)化的基礎(chǔ)上，對房屋單體的子結(jié)構(gòu)進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化，細(xì)化到房屋結(jié)構(gòu)所共有的屋蓋系統(tǒng)、基礎(chǔ)，然后對主體結(jié)構(gòu)和圍護(hù)結(jié)構(gòu)和細(xì)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。

2 房屋優(yōu)化設(shè)計與房屋成本

2.1 結(jié)構(gòu)面積與房屋層數(shù)的關(guān)系

在直觀認(rèn)識當(dāng)中，占地面積一定時，隨著建筑結(jié)構(gòu)層數(shù)的增加，單位層數(shù)的占地面積就會減小，這樣占地面積越小就越經(jīng)濟(jì)。實際的設(shè)計并不是這樣的，建筑物的層數(shù)增加后，建筑總高度也相應(yīng)增加。為了能夠保證建筑物內(nèi)部的光線質(zhì)量，還需要增加建筑物之間的間距，因此仍然會造成建筑用地面積的增加。因此建筑總建筑面積的占地面積與建筑的層數(shù)之間的關(guān)系并不是必然的，因此需要采用建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的方法對建筑物層數(shù)與占地之間的關(guān)系進(jìn)行優(yōu)化。通常情況下，高層建筑的優(yōu)化思路是減小上部結(jié)構(gòu)的面積來實現(xiàn)建筑整體的光照效果，這樣的結(jié)果是會同時減小上部結(jié)構(gòu)的建筑面積，因此需要優(yōu)化相關(guān)技術(shù)。

2.2 結(jié)構(gòu)分部與房屋層數(shù)的關(guān)系

房屋建筑的屋蓋是共同的，因此當(dāng)建筑層數(shù)增加后，屋蓋的單位設(shè)計成本就會降低?；A(chǔ)雖然也是共同的，但是在成本上卻正好相反，當(dāng)建筑層數(shù)增加以后，基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)所承擔(dān)的荷載增加，因此需要更高的基礎(chǔ)承載力，這樣會造成基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的設(shè)計成本迅速增加，而由于基礎(chǔ)在建筑工程中的占比較大，最后成本變大。層數(shù)增加也會造成梁柱板等受力構(gòu)件需要承載的荷載增加，因此設(shè)計成本變高。在外觀方面，假如同樣占地面積的建筑形狀由平面變?yōu)閳A形，則會減小建筑物的周長，減小所建造的建筑物墻體面積，后期的裝修成本也會下降，同時圓形的建筑也會更加穩(wěn)定安全，因此在外觀通常只采用方形或者圓形。

3 結(jié)構(gòu)優(yōu)化的應(yīng)用

3.1 重視概念設(shè)計

建筑結(jié)構(gòu)的布置有很多方案，同一個建筑結(jié)構(gòu)的布置有很多結(jié)構(gòu)分析的方法。由于布置方案的不同以及分析方法的不同，建筑設(shè)計選擇的參數(shù)和指標(biāo)以及選用的材料、標(biāo)準(zhǔn)都有區(qū)別。對于結(jié)構(gòu)設(shè)計處理，不能夠單單使用設(shè)計軟件來計算。不同的設(shè)計人員設(shè)計方式和經(jīng)驗不同，因此對概念設(shè)計的理解也不同，面對結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化問題，需要設(shè)計人員對相關(guān)的方案和設(shè)計參數(shù)進(jìn)行選擇和判斷，這種優(yōu)化技術(shù)最重要的是人員的經(jīng)驗積累，經(jīng)驗越豐富，對參數(shù)的選擇就越合理。

3.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計中的其他問題

房屋設(shè)計的最根本目的是要實現(xiàn)房屋的安全居住，并且在設(shè)計年限范圍內(nèi)不會出現(xiàn)房屋倒塌等問題，在設(shè)計年限內(nèi)能夠滿足使用的要求。并且在此基礎(chǔ)上不斷降低施工和設(shè)計的成本，由于在部分外部因素的影響下，房屋建筑的耐久性和安全性可能受到影響，因此如果周邊環(huán)境條件復(fù)雜，設(shè)計的重點應(yīng)當(dāng)轉(zhuǎn)到結(jié)合周邊因素影響上來。外部結(jié)構(gòu)設(shè)計中的地震作用最為特殊，因為地震作用沒有任何規(guī)律，且無法預(yù)測，因此在結(jié)構(gòu)設(shè)計中必須充分考慮地震荷載作用，盡可能減小地震對于建筑的損壞。目前有一些比較有效的設(shè)計方案，結(jié)構(gòu)對稱的建筑受力均勻，建筑物延性大危險截面少，因此對地震性能也有比較明顯的效果，強(qiáng)地震作用下次要構(gòu)件首先破壞能夠有效保證構(gòu)件的穩(wěn)定性，防止結(jié)構(gòu)失穩(wěn)。

4 結(jié)構(gòu)優(yōu)化中需要注意的問題

4.1 初期結(jié)構(gòu)設(shè)計中的問題

前期的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案與建筑項目本身的成本直接相關(guān)，因此如果前期使用房屋建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化技術(shù)，才能夠防止在房屋建筑過程中存在合理和可行性的問題，降低房屋建設(shè)成本。因此房屋結(jié)構(gòu)的優(yōu)化在初期的結(jié)構(gòu)設(shè)計中就可以運用，這樣才能夠?qū)崿F(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理化要去，合理化建設(shè)成本。

4.2 結(jié)構(gòu)細(xì)部的優(yōu)化工作

對房屋結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化其實重點就是對構(gòu)件進(jìn)行優(yōu)化，因此除了需要考慮房屋整體之外，還應(yīng)當(dāng)對部分構(gòu)件進(jìn)行優(yōu)化。比如設(shè)計混凝土板的時候需要對合理性進(jìn)行分析，避免澆筑后出現(xiàn)拐角裂縫。計算機(jī)的使用能夠?qū)⒂嬎銠C(jī)技術(shù)和設(shè)計結(jié)合起來，因此優(yōu)化設(shè)計實際上在考慮經(jīng)驗后已經(jīng)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)學(xué)問題，所以工程設(shè)計人員應(yīng)當(dāng)注意計算機(jī)優(yōu)化設(shè)計方法的掌握。

5 結(jié)語

房屋的設(shè)計基本目的是要保證房屋的安全居住和使用，在此基礎(chǔ)上考慮耐久性。當(dāng)然在滿足這些前提的條件下，設(shè)計人員最重要的還是要不斷優(yōu)化設(shè)計，降低成本，把優(yōu)化技術(shù)應(yīng)用到房屋的整體乃至細(xì)部構(gòu)件上，保證房屋結(jié)構(gòu)的使用壽命。設(shè)計的時候，設(shè)計人員應(yīng)當(dāng)充分利用建模計算的工具，在結(jié)合周邊環(huán)境的基礎(chǔ)上利用經(jīng)驗將其轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)學(xué)模型，不斷做好模型的優(yōu)化，推動社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。