淺談建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的應(yīng)用

王 猛（南京國(guó)聯(lián)電力工程設(shè)計(jì)有限公司，南京 210000）

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淺談建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的應(yīng)用

王 猛
（南京國(guó)聯(lián)電力工程設(shè)計(jì)有限公司，南京 210000）

摘 要：隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，人們對(duì)物質(zhì)需求越來(lái)越強(qiáng)烈，對(duì)市場(chǎng)的需求以及對(duì)各種事物的要求越來(lái)越高，其中就表現(xiàn)在建筑結(jié)構(gòu)上，目前各種建筑的工藝越來(lái)越復(fù)雜，相應(yīng)的技術(shù)越來(lái)越先進(jìn)，因此對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與實(shí)踐運(yùn)用提出了更高要求。我們應(yīng)該充分結(jié)合理論與實(shí)際，發(fā)掘新特點(diǎn)優(yōu)勢(shì)，從實(shí)際出發(fā)，立足本質(zhì)，進(jìn)行好建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和實(shí)際部署應(yīng)用，本文從建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化的意義以及優(yōu)化設(shè)計(jì)的應(yīng)用進(jìn)行了探究。

關(guān)鍵詞：建筑結(jié)構(gòu)；結(jié)構(gòu)優(yōu)化；實(shí)際運(yùn)用

0　引言

建筑是一種藝術(shù)， 人們都是帶著審美的眼光去審查一棟建筑，建筑是從美觀(guān)的外形和結(jié)構(gòu)功能設(shè)計(jì)來(lái)審判的，適用、經(jīng)濟(jì)、便于施工是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的追求，建筑的藝術(shù)性是追求建筑的美觀(guān)、力度的美學(xué)、外型的總體效果、建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和建筑的藝術(shù)性完美的融合，只有這樣才能把建筑有限的空間無(wú)限擴(kuò)大、有限的資源的最大發(fā)揮，實(shí)現(xiàn)建筑整體性的完美，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法要遵循滿(mǎn)足建筑外型美觀(guān)要求、滿(mǎn)足建筑結(jié)構(gòu)安全、合理的原則。

1　建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的現(xiàn)實(shí)意義

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，城市里突現(xiàn)的是鋼筋水泥的建筑，住宅越來(lái)越多，層數(shù)越來(lái)越高，成本明顯增高，要設(shè)法降低單位面積的成本，整體降低總成本，因此建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)可以降低成本的總造價(jià)；由于建筑的層數(shù)增加，樓體結(jié)構(gòu)自重相應(yīng)增加，接踵而來(lái)的是水衛(wèi)和點(diǎn)氣管線(xiàn)增長(zhǎng)等一系列問(wèn)題，因此建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化可以提高建筑結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性。經(jīng)過(guò)考證，結(jié)構(gòu)優(yōu)化之后要比傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的工程造價(jià)低7%-35%左右，達(dá)到經(jīng)濟(jì)高效的效果，又可實(shí)現(xiàn)建筑物美觀(guān)實(shí)用，在實(shí)際運(yùn)用中，最合理的利用材料的性能，可以使建筑內(nèi)部各單元得到最好的利用，在建筑整體造價(jià)和建設(shè)施工工期方面也有較為良好的貢獻(xiàn)，建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化的最終目的是實(shí)現(xiàn)適用、經(jīng)濟(jì)和安全，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益的最大化。

2　建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)應(yīng)用的理論

建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化應(yīng)用有兩方面的作用，一是在建筑分部結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方面的作用，二是在房屋工程結(jié)構(gòu)總體的優(yōu)化設(shè)計(jì)方面的作用，兩者都有細(xì)分，例如結(jié)構(gòu)總體的優(yōu)化設(shè)計(jì)囊括了總體方案優(yōu)化設(shè)計(jì)和細(xì)部結(jié)構(gòu)方案的優(yōu)化設(shè)計(jì)等，從另一方面講包含了形體結(jié)構(gòu)選型、布置、機(jī)構(gòu)體的受力分析、建筑整體造價(jià)分析等項(xiàng)目。在建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化的實(shí)際應(yīng)用中，可以根據(jù)使用簡(jiǎn)單、應(yīng)用方便的原則，對(duì)建筑工程進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，要滿(mǎn)足設(shè)計(jì)意圖、平面布置規(guī)則、整體形態(tài)對(duì)稱(chēng)原則、質(zhì)量中心和剛度中心整體布局原則、建筑物水平荷載作用等一系列問(wèn)題［1］，做到在理論上為實(shí)踐提供前提、提供理論基礎(chǔ)，做好準(zhǔn)備工作。

3　建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)應(yīng)用的方法簡(jiǎn)介

3.1做好建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的函數(shù)模型

建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化要選擇主要參數(shù)，建立數(shù)學(xué)模型（函數(shù)模型），根據(jù)科學(xué)合理的方法，得出最優(yōu)的答案，從而得出最合理的優(yōu)化方案，結(jié)合建筑結(jié)構(gòu)的規(guī)律和自身的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)各方面的影響因素進(jìn)行全面的綜合考慮，找出行之有效的結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)，模型的建立有兩個(gè)步驟［2］，一是選擇變量，即選擇影響較大的參數(shù)，減少計(jì)算編程的工作量；二是確定目標(biāo)函數(shù)，例如房屋結(jié)構(gòu)，確定房屋結(jié)構(gòu)的約束條件，在既定的條件下得出最優(yōu)解，這種設(shè)計(jì)方法具有一定的準(zhǔn)確性，在實(shí)際的房屋建造中具有重要的參考作用。

3.2做好建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化的方案設(shè)計(jì)

建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案設(shè)計(jì)是做好優(yōu)化的前提，做好方案設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)多個(gè)變量、多個(gè)條件，編制相應(yīng)的運(yùn)算程序，得到最優(yōu)結(jié)果。

4　建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的實(shí)際應(yīng)用

4.1建筑場(chǎng)地的合理選擇

建筑的拔地而起需要選擇合理的建筑場(chǎng)地，在進(jìn)行建筑場(chǎng)地選擇中要考慮很多因素，如防護(hù)距離、建筑退界、日照間距、抗震、地段選址等因素［3］，必要時(shí)選擇合理相應(yīng)的抗震措施。

4.2建筑主體結(jié)構(gòu)的選擇

建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要遵循規(guī)則結(jié)構(gòu)效應(yīng)的原則，有利于降低造價(jià)，通過(guò)對(duì)墻、柱、梁的調(diào)節(jié)使不規(guī)則的建筑體型產(chǎn)生規(guī)則結(jié)構(gòu)效應(yīng)，例如剪力墻結(jié)構(gòu)布置。需要進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的主要部分有很多，如基礎(chǔ)、墻、柱、梁、樓板、屋面板等，這些是建筑的主要構(gòu)成部分，在基礎(chǔ)的優(yōu)化設(shè)計(jì)中，選擇合理的基礎(chǔ)形式、控制好基礎(chǔ)的截面尺寸，相對(duì)減少基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的造價(jià)費(fèi)用，柱子的截面對(duì)工程的造價(jià)也有直接的影響；對(duì)于柱網(wǎng)布局和柱子截面的優(yōu)化設(shè)計(jì)，確定好柱子的行間距，而柱網(wǎng)布局確定著竹子的行間距，因此柱網(wǎng)布局對(duì)工程的造價(jià)起著至關(guān)重要的作用；梁的設(shè)計(jì)，為了提高材料的利用率，在實(shí)際應(yīng)用中一般都采用平面架來(lái)替代矩形梁，減輕了自身重量，經(jīng)濟(jì)又實(shí)用；鋼筋的優(yōu)化設(shè)計(jì)，在建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)中，要對(duì)鋼筋的型號(hào)進(jìn)行選擇，施工過(guò)程中鋼筋的型號(hào)不同，會(huì)造成施工的結(jié)果不同，如鋼管砼結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)在自重和承載力相近時(shí)，前者比后者節(jié)約將近45%的鋼材，大大節(jié)約了工程成本。

4.3初期方案階段和抗震設(shè)計(jì)的應(yīng)用

對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，前期方案的確定直接影響到最終建筑的成本投資，而目前的市場(chǎng)情況是前期的方案設(shè)計(jì)部分不參與結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，而且在前期的建筑方案設(shè)計(jì)中，很多沒(méi)有考慮到主體結(jié)構(gòu)的分析或者對(duì)于部分分析不到位、不精準(zhǔn)，作為一個(gè)合格的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人，應(yīng)該依靠自身所基本的結(jié)構(gòu)概念去布置結(jié)構(gòu)方案，結(jié)合建筑空間結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)模型概念以及函數(shù)模型來(lái)進(jìn)行方案設(shè)計(jì)。因?yàn)檫\(yùn)用概念設(shè)計(jì)方法，在初期方案的設(shè)計(jì)中，可以根據(jù)簡(jiǎn)單的函數(shù)模型，估算出構(gòu)件的截面面積［4］。建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化還要考慮最為重要的一點(diǎn)，就是建筑的抗震性，在建筑抗震設(shè)計(jì)過(guò)程中，大多數(shù)建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)主要按照概念設(shè)計(jì)進(jìn)行工作，而軟件計(jì)算并不是建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化的主要依據(jù)，建筑的使用過(guò)程中，抗震效果是居民考慮的一個(gè)重要問(wèn)題，尤其在地震多發(fā)地帶，由此看來(lái)，建筑物的耐久性、安全性、功能性是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的三個(gè)重點(diǎn)內(nèi)容，在節(jié)約成本以及達(dá)到規(guī)定年限的前提下，滿(mǎn)足抗震功能是重中之重。

5　總結(jié)

長(zhǎng)期以來(lái)，建筑行業(yè)發(fā)展迅速尤其是近年來(lái)，從建筑資源的整合、低投入、高產(chǎn)出、體現(xiàn)建筑自身整體工藝性、美觀(guān)性、合理性綜合考慮，我們應(yīng)充分做好建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)用工作，結(jié)合實(shí)際抓到實(shí)現(xiàn)自我提升，從優(yōu)化技術(shù)中進(jìn)行技術(shù)分析，使各種建筑材料得到充分利用，節(jié)省工程造價(jià)，達(dá)到建筑工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，，滿(mǎn)足消費(fèi)者的需求，采用科學(xué)創(chuàng)新的方法，研制出更多的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，通過(guò)科學(xué)的方法使建筑結(jié)構(gòu)更適合市場(chǎng)的可持續(xù)發(fā)展，響應(yīng)國(guó)家綠色環(huán)保的政策。

參考文獻(xiàn)：

［1］侯貫澤，劉樹(shù)堂，簡(jiǎn)國(guó)威.工程結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)理論與方法［J］.鋼結(jié)構(gòu)，2009（08）.

［2］吳愛(ài)菊.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的概念設(shè)計(jì)與應(yīng)用［J］.溫州：溫州職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2007，7（02）.

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.13.119