房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中優(yōu)化技術(shù)的應(yīng)用淺析

郭曉建

（運(yùn)城市建筑設(shè)計(jì)研究院，山西 運(yùn)城 044000）

1 優(yōu)化房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的意義

1.1 增大建筑空間使用率，降低建筑材料使用量

優(yōu)化房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可以增大空間使用率和材料利用率，節(jié)能節(jié)材，推動(dòng)社會(huì)的穩(wěn)定發(fā)展。這與國(guó)家所倡導(dǎo)的可持續(xù)發(fā)展理念相互契合。再者，選擇房屋建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案也是至關(guān)重要的。選擇房屋建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，可以最大程度地壓縮投資成本，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益與生態(tài)效益的最大化。

1.2 壓縮工程投資成本，保證經(jīng)濟(jì)效益最大化

工程設(shè)計(jì)造價(jià)在工程項(xiàng)目總投資體系中占據(jù)著絕對(duì)比重。為此，優(yōu)化房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可以節(jié)約投資成本。此外，優(yōu)化房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，還可以提高結(jié)構(gòu)構(gòu)件使用率，減少材料使用量，維護(hù)經(jīng)濟(jì)效益。

1.3 增強(qiáng)房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的完整性和合理性

在優(yōu)化房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，不僅可以節(jié)約投資成本，還能維護(hù)整體結(jié)構(gòu)的安全性，做到經(jīng)濟(jì)性和安全性的協(xié)調(diào)統(tǒng)一。

2 優(yōu)化房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵工序

2.1 創(chuàng)建結(jié)構(gòu)函數(shù)模型

完善計(jì)算方案和設(shè)計(jì)模型是優(yōu)化房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的兩個(gè)重要組成部分。優(yōu)化房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)就是在諸多變量中選擇最關(guān)鍵的參數(shù)，對(duì)參數(shù)加以整合，創(chuàng)建完整的函數(shù)模型，得出最優(yōu)解。從整體方面來(lái)說(shuō)，創(chuàng)建函數(shù)模型主要分為如下兩個(gè)部分：①選擇合理的設(shè)計(jì)變量。選擇合理的設(shè)計(jì)變量，對(duì)于創(chuàng)建函數(shù)模型具有積極意義。同時(shí)，設(shè)計(jì)變量的選擇也就是關(guān)鍵參數(shù)的選擇。②確定目標(biāo)函數(shù)。確定目標(biāo)函數(shù)的前提條件是獲取滿(mǎn)足函數(shù)條件下的最優(yōu)解。之后確定約束條件，將結(jié)構(gòu)構(gòu)件的規(guī)格、強(qiáng)度、彈性以及應(yīng)力條件等控制在合理范圍內(nèi)。

2.2 優(yōu)化設(shè)計(jì)方案與計(jì)算方案

優(yōu)化房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)往往會(huì)受到各類(lèi)約束條件和變量參數(shù)的影響。為此，在計(jì)算過(guò)程中，要有意識(shí)的將所有約束條件轉(zhuǎn)化為非約束條件，促進(jìn)整個(gè)優(yōu)化過(guò)程的良好運(yùn)轉(zhuǎn)。

2.3 優(yōu)化程序設(shè)計(jì)

程序設(shè)計(jì)就是在確定優(yōu)化設(shè)計(jì)方案的基礎(chǔ)上，對(duì)設(shè)計(jì)程序進(jìn)行編寫(xiě)，且將設(shè)計(jì)程序?qū)氲接?jì)算機(jī)系統(tǒng)中。利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的計(jì)算功能，獲得更加直觀(guān)的結(jié)果。

2.4 注重結(jié)果分析

結(jié)果分析也是優(yōu)化房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的計(jì)算功能對(duì)數(shù)據(jù)信息展開(kāi)分析，獲得包含所有關(guān)鍵參數(shù)信息的最佳設(shè)計(jì)方案。在優(yōu)化房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，需充分考慮各方面影響因素。

我們都知道，房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工往往會(huì)消耗大量的人力、物力和財(cái)力。而優(yōu)化房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可以將各項(xiàng)成本指標(biāo)控制在預(yù)算范圍內(nèi)，在保證房屋建筑結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)固性的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益最大化。在房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，應(yīng)高度注意如下兩方面問(wèn)題：

①明確建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)和技術(shù)的平衡點(diǎn)，從根本上解決二者之間的矛盾沖突；②客觀(guān)認(rèn)知技術(shù)改造所創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益，與技術(shù)未改造前的經(jīng)濟(jì)損耗指標(biāo)加以對(duì)比。

3 優(yōu)化房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)內(nèi)容

3.1 優(yōu)化上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

優(yōu)化房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在房屋建筑工程施工中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。在優(yōu)化房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，針對(duì)上部結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，是指對(duì)房屋建筑結(jié)構(gòu)中的梁板柱展開(kāi)優(yōu)化設(shè)計(jì)。上部結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)要點(diǎn)如下所述：1）嚴(yán)格控制剪力墻數(shù)量和長(zhǎng)度。施工人員需注重剪力墻結(jié)構(gòu)各部分受力的均衡性，避免房屋建筑結(jié)構(gòu)在臺(tái)風(fēng)、地震以及泥石流等自然災(zāi)害中出現(xiàn)整體垮塌。相關(guān)人員要采用大開(kāi)間剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，減少剪力墻數(shù)量，延長(zhǎng)墻肢長(zhǎng)度，加強(qiáng)整體房屋建筑結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)固性。2）在剪力墻結(jié)構(gòu)中，布置少量框架柱。在不影響房屋建筑結(jié)構(gòu)功能的前提條件下，適當(dāng)配置一到兩個(gè)框架柱，使框架部分承受的地震傾覆力矩不大于結(jié)構(gòu)總傾覆力矩的10%。同時(shí)，剪力墻充當(dāng)框架柱，還可以節(jié)省大量的鋼筋混凝土。

3.2 優(yōu)化梁板柱配筋施工圖設(shè)計(jì)

在優(yōu)化房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，需保證結(jié)構(gòu)體系受力的均衡性和傳力路徑的明確性。只有這樣，才能優(yōu)化梁板柱配筋施工圖設(shè)計(jì)，減少鋼筋混凝土使用量。

3.3 優(yōu)化地基基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)形式設(shè)計(jì)

地基基礎(chǔ)的主要作用就是承受建筑物上部結(jié)構(gòu)的重力荷載。優(yōu)化地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，既可以加強(qiáng)房屋建筑結(jié)構(gòu)的安全可靠性，又可以節(jié)省大量的工程造價(jià)。俗話(huà)說(shuō)“萬(wàn)丈高樓平地起”，就充分說(shuō)明了優(yōu)化地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的重要性。一般來(lái)說(shuō)，設(shè)計(jì)人員會(huì)根據(jù)地質(zhì)環(huán)境勘察報(bào)告，綜合分析地質(zhì)結(jié)構(gòu)條件、地下水文環(huán)境條件以及周邊建筑物分布情況對(duì)房屋建筑地基基礎(chǔ)的影響，確定地基基礎(chǔ)形式。以某高層住宅樓工程項(xiàng)目為例。該高層住宅樓工程地上部分共30層，地下2層。設(shè)計(jì)單位根據(jù)地質(zhì)環(huán)境勘察報(bào)告建議采用如下三種基礎(chǔ)形式：PHC預(yù)應(yīng)力管樁，人工挖孔樁，機(jī)械鉆孔。在繪制完整的施工圖后，由工程預(yù)算人員對(duì)工程設(shè)計(jì)方案和施工方案展開(kāi)經(jīng)濟(jì)性分析，再結(jié)合施工難易程度與施工周期等關(guān)鍵因素，選擇PHC預(yù)應(yīng)力管樁，從而簡(jiǎn)化施工流程，縮短施工周期，節(jié)約投資成本，最終實(shí)現(xiàn)工程項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益的最大化。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，優(yōu)化房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一項(xiàng)綜合性、專(zhuān)業(yè)性與復(fù)雜性較強(qiáng)的工作。為此，設(shè)計(jì)單位應(yīng)當(dāng)給予高度重視，全面考慮房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵影響因素，優(yōu)化上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、梁板柱配筋施工圖設(shè)計(jì)以及地基基礎(chǔ)形式設(shè)計(jì)，從而增強(qiáng)整體房屋建筑結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)固性，滿(mǎn)足人們的多元化需求。