結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用

曹磊

摘要：隨著時代的發(fā)展以及人們生活品味的提高，對于房屋建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計要求也越來越高。同時由于建筑行業(yè)的競爭日趨激烈，房地產(chǎn)企業(yè)迫于市場的壓力，也在對房屋的結(jié)構(gòu)設(shè)計進(jìn)行優(yōu)化和改善。本文通過對結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法進(jìn)行分析，研究其在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中實際應(yīng)用的具體方法。

關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化；房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計；實際應(yīng)用

中圖分類號：TU318 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674—3024（2016）11—150—02

前言

在現(xiàn)代社會，隨著人們物質(zhì)條件的不斷豐富，相應(yīng)的其生活品位也在不斷提高，對于房屋住宅的要求不再局限于過去的實用性，而是更多的關(guān)注房屋住宅的安全舒適以及時尚美觀等。房地產(chǎn)市場為了能夠滿足客戶的需求，以獲取更多地經(jīng)濟(jì)效益，在進(jìn)行房屋結(jié)構(gòu)的設(shè)計時也在借助結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法，通過對建筑面積以及實際面積進(jìn)行統(tǒng)計和分析，進(jìn)而實現(xiàn)房屋結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計。

1結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的定義及要求

所謂結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化，即是指通過將建筑理論與實際工作經(jīng)驗相結(jié)合，對建筑進(jìn)行結(jié)構(gòu)上的優(yōu)化設(shè)計。通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法，對實際工程中的建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面的研究，使建筑的總體結(jié)構(gòu)以及建筑各個分部銜接得到完善以及優(yōu)化。在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化時應(yīng)當(dāng)盡量的減少建筑剛度與建筑質(zhì)量的中心差異，盡量保持建筑物整體結(jié)構(gòu)的規(guī)則以及其對稱型，以保證結(jié)構(gòu)設(shè)計可以通過相應(yīng)的評審。同時建筑設(shè)計的優(yōu)化也必須保證建筑物在水平的荷載下不會出現(xiàn)較為明顯的扭轉(zhuǎn)現(xiàn)象。在以滿足建筑物其本身功能的情況下，盡量保持其豎直方向承重固件的居于同一垂直線上，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化時，必須考慮工程施工的難度以及建筑項目的經(jīng)濟(jì)效益，對于需要耗費大量人力物力的投入才能完成的結(jié)構(gòu)化應(yīng)當(dāng)盡量避免。即在進(jìn)行建筑物結(jié)構(gòu)優(yōu)化時應(yīng)當(dāng)注意其經(jīng)濟(jì)性、技術(shù)性以及實用性，并且盡量符合客戶群體的審美觀點，以迎合客戶的需求。

2房屋結(jié)構(gòu)優(yōu)化的意義

將建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化的方法應(yīng)用于房屋住宅的結(jié)構(gòu)優(yōu)化，可以在一定程度上使房屋能夠更受人們歡迎，在購房者進(jìn)行選購時，能夠具備一定的優(yōu)勢。相較于一些房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計理念較為落后的住宅小區(qū)，擁有安全舒適以及外觀完美的房屋往往更能夠贏得購房者的青睞，從而保證房地產(chǎn)企業(yè)在市場競爭能夠穩(wěn)居優(yōu)勢。同時對于房地產(chǎn)企業(yè)而言，其優(yōu)勢不僅在于能夠迎合客戶群體的需要，更能夠降低企業(yè)的建筑開發(fā)成本，從而保證企業(yè)能夠獲得最大化的經(jīng)濟(jì)利益。傳統(tǒng)房屋住宅設(shè)計理念很難做到這兩點兼顧，但是，借助結(jié)構(gòu)優(yōu)化這一方法，可以很方便滿足購房者以及房地產(chǎn)開發(fā)商的需求，因此將建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化應(yīng)用于房屋結(jié)構(gòu)的優(yōu)化是有相當(dāng)高價值的。

3結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法在房屋結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用

一個成功的建筑物既能滿足人們對于生活的功能性需要，又能符合人們的審美要求，是在外觀與結(jié)構(gòu)完美結(jié)合下產(chǎn)生的。結(jié)構(gòu)設(shè)計作為建筑設(shè)計工作的重點，主要包括對建筑基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化、對建筑頂部結(jié)構(gòu)優(yōu)化、對建筑周邊護(hù)欄的優(yōu)化以及對于建筑物其他各部分的局部優(yōu)化等等。其中，在對房屋住宅進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化時，應(yīng)當(dāng)依據(jù)考慮房屋住宅的具體情況，并考慮其整體的效應(yīng)以保證正常的功能性，進(jìn)而設(shè)置其平面規(guī)模，控制質(zhì)量與剛度的中心差距，保證房屋住宅整體的受力均勻。

3.1房屋住宅模型優(yōu)化設(shè)計

通過建立房屋住宅模型，可以將其中對結(jié)構(gòu)優(yōu)化具有一定影響的參數(shù)和變量提取出來，并通過這些數(shù)據(jù)建立初步的優(yōu)化模型，依靠科學(xué)合理的計算，從而制定出房屋住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計的最佳優(yōu)化方案。建立房屋住宅優(yōu)化模型時，應(yīng)當(dāng)首先選擇對于房屋整體設(shè)計具有一定程度影響的因素作為其變量，對于影響力較小的一些則可以作為參考數(shù)據(jù)，盡量做到模型設(shè)計的精簡化，提高工作效率。其次便是統(tǒng)計房屋住宅的實際尺寸包括截面等具體數(shù)值，依據(jù)相關(guān)的函數(shù)進(jìn)行標(biāo)示，減少房屋設(shè)計的成本投入。最后則是制定實際的優(yōu)化方案，對于房屋住宅的實際尺寸、建筑整體強度、房屋各部分實際受力情況、房屋形變以及房屋的整體外觀等進(jìn)行相應(yīng)的制定，在制定相應(yīng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)時，應(yīng)當(dāng)滿足房屋住宅的構(gòu)造要求，保證數(shù)據(jù)的實用性以及操作性。

3.2建筑方案優(yōu)化設(shè)計

在進(jìn)行房屋住宅的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計時，通常把可靠度當(dāng)作其設(shè)計和制定實際方案的依據(jù)，但往往受到許多因素的約束和限制，甚至還會出現(xiàn)不具備線性相關(guān)關(guān)系的數(shù)值和因素，導(dǎo)致設(shè)計工作工作量冗雜。因此可以通過采用拉氏乘子等方法，對數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的轉(zhuǎn)化，將其中對于實際設(shè)計所涉及到的約束性因素轉(zhuǎn)化為非約束性，進(jìn)而提高方案設(shè)計的效率。通過程序演算得出結(jié)果后，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行分析比較，依據(jù)實際情況選出最優(yōu)方案。在對方案進(jìn)行商議時，應(yīng)從多角度全方位進(jìn)行分析和考慮，例如房屋住宅的實用功能、安全性能、住宅的外觀以及房地產(chǎn)企業(yè)的資本投入等多方面進(jìn)行考慮，保證方案的合理與適用。

3.3房屋建筑的樁基優(yōu)化

以某工程的小區(qū)住宅施工為例，通過對該小區(qū)的住宅建筑地基進(jìn)行實地勘察并結(jié)合項目的要求，其樁基礎(chǔ)以鉆孔灌注的方式進(jìn)行施工，并選擇750mm的抗拔樁與承壓樁。在施工時為了實現(xiàn)樁基的優(yōu)化施工，在建設(shè)階段采用預(yù)估柱進(jìn)行下荷載，并依據(jù)地址寶報告的結(jié)果，提醒業(yè)主做好相應(yīng)的樁基靜荷載測驗工作。該建筑項目的負(fù)二層地下室掩埋相對較深，并且擁有相當(dāng)豐富的地下水，另外也有部分樓層的地下設(shè)計為三層，對于該區(qū)域在進(jìn)行施工時應(yīng)當(dāng)設(shè)置抗拔樁，并計算其受力范圍，依照土層的參數(shù)來確定抗拔樁的承力特征，從而確定具體所需要用到的鋼筋數(shù)量，在滿足承力要求的前提下減少工程成本的不必要投入。并且由于是提前進(jìn)行了樁基的靜荷載測驗，因此也不會對工期造成影響，實現(xiàn)了樁基施工的優(yōu)化設(shè)計。

3.4房屋建筑墻體設(shè)計優(yōu)化

在對房屋的墻體結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，應(yīng)當(dāng)盡量保證建筑結(jié)構(gòu)同房屋墻面的整體平整性以及緊密性，確保結(jié)構(gòu)合理并且造型美觀。而在對房屋的墻體與梁柱進(jìn)行設(shè)計時，應(yīng)當(dāng)同樣滿足房屋建筑的平面要求，要確保每一間的開間面積以及縱向深度趨于一致。關(guān)于梁柱與墻體之間要盡量避免錯位，保證房屋建筑每一層的橫截面與房屋高度保持一致。在進(jìn)行墻體結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計時，要盡量保持整體的簡潔性，從而減少其工程投入。

3.5建筑上部結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計

上部結(jié)構(gòu)的優(yōu)化在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中具有重要的作用和影響，一般來說要想對剪力墻結(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，促使對稱樓層的平面剛度中心點與樓層的結(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，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。

3.6鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計

在現(xiàn)在的房屋建筑中，鋼筋混凝土是一個很重要的建筑部分，

絕大多數(shù)的房屋建筑采用的都是鋼筋混凝土建筑的方法。所以進(jìn)行進(jìn)行鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化是十分必要的。對于一些鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)體系的建筑，要實行優(yōu)化設(shè)計就需要運用準(zhǔn)則法。一般的情況下是根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)的截面，再運用有限單元法，針對房屋建筑的整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行一個受力的分析，之后再進(jìn)行結(jié)構(gòu)分解，把每一構(gòu)件的受力優(yōu)化，在通過公式的計算，得出房屋建筑鋼筋混凝土框架的優(yōu)化結(jié)構(gòu)。

4總結(jié)

通過將結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法應(yīng)用于房屋結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，可以保證整體建筑結(jié)構(gòu)的科學(xué)合理，保證建筑功能的完整有效，在符合購房者要求的同時提高企業(yè)的整體效益，實現(xiàn)互惠共贏。