試述建筑結(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

丁博（九源（北京）國(guó)際建筑顧問有限公司　寧夏銀川　750001）

試述建筑結(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

丁博
（九源（北京）國(guó)際建筑顧問有限公司寧夏銀川750001）

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是工程建設(shè)的重要組成部分，不僅影響著建筑的使用功能，更在很大程度上決定著建筑物的美觀性。隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步和發(fā)展，人們已經(jīng)不再僅僅滿足于基本功能的需要，更多的開始注重舒適、安全、美觀等多項(xiàng)要素。為了滿足社會(huì)需要，促進(jìn)我國(guó)建筑行業(yè)的發(fā)展，我們就要對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行分析，通過建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法來提升我國(guó)建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)水平。本文就將主要以建筑結(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)用為立足點(diǎn)，對(duì)其進(jìn)行簡(jiǎn)要的介紹和分析。

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法；房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；應(yīng)用

近年來在經(jīng)濟(jì)發(fā)展的帶動(dòng)下，建筑行業(yè)也散發(fā)出了勃勃生機(jī)，國(guó)內(nèi)建筑市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力逐漸增強(qiáng)。在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)下，為了能夠占得先機(jī)，獲得良好的口碑，滿足業(yè)主的需要，很多企業(yè)紛紛開始加大對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的分析和研究。這是由于在房屋建筑的建設(shè)過程中，結(jié)構(gòu)所耗費(fèi)的資金所占比重較高，通過對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化不僅能夠確保房屋工程的質(zhì)量安全，更能減少資金投入，提升企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。而建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化不僅具有較強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)性，更能滿足建筑物的美觀需求，確保房屋建設(shè)的安全、合理、美觀。

1　結(jié)構(gòu)優(yōu)化在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的作用

從我國(guó)建筑行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)上來看，高層建筑和超高層建筑將會(huì)成為我國(guó)房屋建筑未來的主流方向。在這樣的環(huán)境下，如何在減少自己投入的基礎(chǔ)上，確保結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能夠符合當(dāng)代需要成為了業(yè)界人士需要面對(duì)的問題。通常情況下，要想對(duì)房屋結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，設(shè)計(jì)人員就要在保證建筑質(zhì)量安全的基礎(chǔ)上對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行深入分析，采用先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念和技術(shù)手段，對(duì)工程的造價(jià)進(jìn)行合理控制。相關(guān)的調(diào)查統(tǒng)計(jì)顯示，房屋結(jié)構(gòu)在經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計(jì)處理后，其建設(shè)成本能夠相對(duì)減少10～20%，在經(jīng)過結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法的處理后，能夠更加合理地應(yīng)用建筑材料，充分發(fā)揮出材料的性能，保證結(jié)構(gòu)內(nèi)部各構(gòu)件的協(xié)調(diào)。然而在現(xiàn)實(shí)的設(shè)計(jì)優(yōu)化過程中，由于受到種種客觀因素的限制，使得結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法在應(yīng)用過程中存在很多障礙，嚴(yán)重影響到了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法的應(yīng)用。

2　結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的步驟

2.1建立結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型

建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化計(jì)算方案和優(yōu)化設(shè)計(jì)模型是建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的兩個(gè)重要組成部分。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化就是在眾多的變量中選出重要的參數(shù)，針對(duì)這些參數(shù)進(jìn)行函數(shù)模型的建立，從而計(jì)算出最優(yōu)解。通常來說，模型的建立總共分為兩個(gè)部分：①選擇較為合理的設(shè)計(jì)變量，這對(duì)模型的構(gòu)建有著至關(guān)重要的作用，同時(shí)變量設(shè)計(jì)也會(huì)影響到參數(shù)的選擇，合理的計(jì)算變量能夠有效地減少計(jì)算編程的工作量；②確定目標(biāo)函數(shù)，目標(biāo)函數(shù)的確定要先找出能夠滿足函數(shù)條件的最優(yōu)解，然后對(duì)約束條件進(jìn)行確定，約束條件包括尺寸、強(qiáng)度、彈塑性以及應(yīng)力等方面。在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化的時(shí)候，要保證這些約束條件都在規(guī)定的范圍中，滿足設(shè)計(jì)所需的要求。

2.2設(shè)定優(yōu)化設(shè)計(jì)計(jì)算方案

在建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化中，很多約束條件和變量參數(shù)都會(huì)對(duì)優(yōu)化過程產(chǎn)生影響。所以在進(jìn)行計(jì)算的時(shí)候應(yīng)該把所有的約束條件都轉(zhuǎn)化成非約束條件，確保優(yōu)化過程順利完成，同時(shí)，要全面地考慮到變量的因素，運(yùn)用科學(xué)合理的計(jì)算方法進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)工作。

2.3程序設(shè)計(jì)

程序設(shè)計(jì)就是在設(shè)計(jì)優(yōu)化計(jì)算好方案的基礎(chǔ)上，進(jìn)行程序的編寫，將程序?qū)胗?jì)算機(jī)中，在后期的計(jì)算過程中只需要將相關(guān)的數(shù)據(jù)輸入系統(tǒng)中，通過計(jì)算機(jī)計(jì)算就夠更加直觀的得出結(jié)果。

2.4結(jié)果分析

結(jié)果分析是結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的重要一步，對(duì)計(jì)算機(jī)結(jié)算出來的數(shù)據(jù)要進(jìn)行詳細(xì)的分析，才能夠根據(jù)數(shù)據(jù)給出的信息確定優(yōu)化設(shè)計(jì)的最佳方案。在進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的時(shí)候，要全方面地考慮到各種阻礙因素，最大程度地保證建筑的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)工作的完成。對(duì)于建筑工程來說，會(huì)耗費(fèi)較多的財(cái)力物力和人力，進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化的最終目的就是要將這些這些指標(biāo)降到最低，同時(shí)保證建筑質(zhì)量的可靠性。所以，在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的時(shí)候，通常要注意以下幾個(gè)問題：①要在建筑的經(jīng)濟(jì)和技術(shù)之間找到一個(gè)平衡點(diǎn)，把這兩者的矛盾降到最低，在高技術(shù)的情況下，不必花費(fèi)更多的資金。②要充分理解技術(shù)所帶來的經(jīng)濟(jì)效益，要認(rèn)識(shí)到由于技術(shù)的改進(jìn)減少了不必要的經(jīng)濟(jì)消耗量，所以，要大力應(yīng)用技術(shù)手段。

3　結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

3.1整體優(yōu)化和局部?jī)?yōu)化

從整體性的特點(diǎn)上來看，房屋建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包含了設(shè)計(jì)體系、結(jié)構(gòu)體系和安裝設(shè)計(jì)體系等相關(guān)內(nèi)容，每個(gè)體系下面又包括了若干下屬體系。在進(jìn)行房屋建筑的設(shè)計(jì)時(shí)，相關(guān)的設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)對(duì)各個(gè)下屬系統(tǒng)和體系進(jìn)行優(yōu)化，促使各個(gè)布局間的橫向關(guān)聯(lián)沖破，保證各環(huán)節(jié)之間能夠協(xié)調(diào)搭配。而從復(fù)雜性的特點(diǎn)上來分析，房屋建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要是由原料選取、零部件選取以及結(jié)構(gòu)類型選取等內(nèi)容構(gòu)成。這就在一定程度上體現(xiàn)了，要想使房屋建筑的結(jié)構(gòu)得到最優(yōu)化設(shè)計(jì)就要從整體的角度出發(fā)，注重整體優(yōu)化和局部?jī)?yōu)化之間的關(guān)系處理。

3.2壽命優(yōu)化和分段優(yōu)化

任何工程項(xiàng)目在限定的使用期限內(nèi)，所有環(huán)節(jié)都有多種設(shè)計(jì)方案可供選擇，即各個(gè)階段都可以進(jìn)行優(yōu)化完善。為此，房屋設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)根據(jù)各個(gè)階段的特點(diǎn)和性質(zhì)不同來進(jìn)行優(yōu)化方法的選擇和確定，促進(jìn)整體工程壽命優(yōu)化，延長(zhǎng)建筑的使用時(shí)間，強(qiáng)化工程質(zhì)量，提升企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

3.3上部結(jié)構(gòu)優(yōu)化

上部結(jié)構(gòu)的優(yōu)化在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中具有重要的作用和影響，一般來說要想對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)的房屋建筑上部結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，就先要合理布設(shè)剪力墻，確保剪力墻質(zhì)量均勻，促使對(duì)稱樓層的平面剛度中心點(diǎn)與樓層的結(jié)構(gòu)重心相重合，以此來削弱地震和風(fēng)力等外力的扭轉(zhuǎn)影響。在條件允許的情況下，我們還要盡量應(yīng)用大開間的剪力墻構(gòu)造，增加剪力墻的墻肢長(zhǎng)，這樣不僅可以縮減墻肢的數(shù)量，還能夠在一定程度上減少混凝土的使用量。值得注意的是，如果房屋建筑所在區(qū)域的地質(zhì)條件較差，并且建筑對(duì)于抗震性能具有較高的要求，在這種情況下我們就應(yīng)當(dāng)避免采用大開間的剪力墻構(gòu)造。

3.4結(jié)構(gòu)同建筑的協(xié)調(diào)優(yōu)化

此外，我們?cè)谶M(jìn)行房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的過程中，還應(yīng)當(dāng)盡量保證建筑結(jié)構(gòu)能夠與整體平面配合緊密，最大限度上實(shí)現(xiàn)造型美觀、結(jié)構(gòu)合理的目的。在布設(shè)建筑柱及墻的時(shí)候，應(yīng)當(dāng)盡量同房屋建筑平面的功能需求保持一致，確保所有房間進(jìn)深、開間的統(tǒng)一。建筑系統(tǒng)也要盡量簡(jiǎn)潔，墻與柱不能夠出現(xiàn)錯(cuò)位現(xiàn)象，每層高度與截面面積都要保持一致。在進(jìn)行樓梯和電梯的設(shè)計(jì)過程中，對(duì)于其應(yīng)力集中的轉(zhuǎn)角區(qū)域，應(yīng)當(dāng)選擇高強(qiáng)度的承重構(gòu)件，以此來降低自重，如果不是承重的構(gòu)件則可以選擇質(zhì)量較輕的建材。

4　結(jié)束語

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是建筑最重要的組成部分之一，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的好壞往往會(huì)影響到建筑的整體建設(shè)質(zhì)量，決定著其功能性的發(fā)揮，為此在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)時(shí)一定要保證設(shè)計(jì)水準(zhǔn)，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行不斷優(yōu)化和完善。另外，隨著時(shí)代的發(fā)展，建筑的數(shù)量和規(guī)模將會(huì)發(fā)生很大改變，結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)優(yōu)化方法也將得到相應(yīng)完善。為此，相關(guān)的設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的過程中做到與時(shí)俱進(jìn)，不斷增加自己的知識(shí)面，堅(jiān)持理論與實(shí)際相結(jié)合的原則，不斷提高自己的水平，這樣才能促進(jìn)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的健康發(fā)展，如果設(shè)計(jì)人員能夠加強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平，完善優(yōu)化手段和方法，那么我國(guó)的建筑業(yè)就能蓬勃發(fā)展，我國(guó)建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)水平也將得到加大提升。

[1]鄭智垚，樂肖軍.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)與其在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品，2011（04）.

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[3]陳俊.淺談結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)與其在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].科技致富向?qū)В?013（02）.

[4]閆超合.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[J].科技風(fēng)，2014（03）.

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1673-0038（2015）51-0065-02

2015-12-8