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

胡浩

（荊門市規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院 湖北荊門 448000）

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

胡浩

（荊門市規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院 湖北荊門 448000）

在當(dāng)今社會(huì)當(dāng)中，不僅要求建筑具有必要的使用價(jià)值，同時(shí)對(duì)于其美觀方面也有新的要求。對(duì)房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)我們必須要考慮實(shí)用、經(jīng)濟(jì)、美觀、便于施工以及安全五個(gè)基本問(wèn)題，這也就要求對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須進(jìn)行相應(yīng)的優(yōu)化，盡量使得房屋結(jié)構(gòu)合理、可靠、安全，合理利用空間資源。本文首先闡述了建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)用的重要性以及優(yōu)化的步驟，并對(duì)房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法的應(yīng)用進(jìn)行詳細(xì)的論述。

建筑；優(yōu)化設(shè)計(jì)；房屋結(jié)構(gòu)

引言

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展以及社會(huì)的不斷進(jìn)步，建筑市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)也在不斷增強(qiáng)，在激烈的競(jìng)爭(zhēng)中為了確保企業(yè)能夠占有一席之地，為業(yè)主建設(shè)出外觀良好、性能安全的房屋建筑，對(duì)施工方法及設(shè)計(jì)相關(guān)施工企業(yè)應(yīng)進(jìn)行深入研究。由于房屋建筑商品的總體投入中，其結(jié)構(gòu)的資金投入占取的比例相對(duì)較大，利用對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的不斷優(yōu)化，不但可以減少項(xiàng)目資金投入，同時(shí)還可以保證房屋建筑的質(zhì)量安全。

1 建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)用的重要性

就當(dāng)前我國(guó)國(guó)情及發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，高層或超高層住房將是房屋建筑的主要趨勢(shì)，那么保證結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)符合時(shí)代需求，減少資金投入就成為建筑企業(yè)及投資人員越來(lái)越重視的事情。要對(duì)房屋的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，在確保建筑質(zhì)量安全的前提下施工人員應(yīng)細(xì)致分析設(shè)計(jì)方案，應(yīng)用先進(jìn)的設(shè)計(jì)技術(shù)及觀念，從而控制工程造價(jià)。通過(guò)對(duì)建筑的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化，同以往的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相比更具優(yōu)勢(shì)，還能夠使得機(jī)械設(shè)備及建材的性能全面發(fā)揮。對(duì)建筑的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化能夠?yàn)槠髽I(yè)贏取更高的收益，降低工程造價(jià)的資金投入。除此之外，還能夠有機(jī)整合房屋結(jié)構(gòu)中的各個(gè)單元，保證人們的居住安全，提高建筑的質(zhì)量。為此對(duì)房屋的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化是保證民用房屋適用性更強(qiáng)、經(jīng)濟(jì)性更好的重要方法之一。

2 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)中應(yīng)用的步驟介紹

2.1 建立結(jié)構(gòu)優(yōu)化的模型

2.1.1 合理選擇設(shè)計(jì)變量

選擇設(shè)計(jì)變量時(shí)，我們通常將設(shè)計(jì)變量選取為對(duì)建筑結(jié)構(gòu)影響的主要參數(shù)。比如說(shuō)約束控制相關(guān)參數(shù)和目標(biāo)控制的相關(guān)參數(shù)等。

2.1.2 確定目標(biāo)函數(shù)

在對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化時(shí)，還必須要找到一組能夠與預(yù)定條件鋼筋的截面積、截面相應(yīng)的幾何尺寸以及相應(yīng)失效的概率函數(shù)相滿足函數(shù)，使得工程造價(jià)最少。

2.1.3 確定約束條件

對(duì)于房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化來(lái)講，結(jié)構(gòu)的可靠度必須要有充足的保證，確定相應(yīng)優(yōu)化設(shè)計(jì)相關(guān)的約束條件，其中它主要包括應(yīng)力約束、尺寸約束、裂縫寬度約束、結(jié)構(gòu)體系約束、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度約束、構(gòu)件單元約束以及從可靠指標(biāo)到確定性約束條件等約束條件。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，比較與分析實(shí)際的約束條件與目標(biāo)約束條件，然后使得每個(gè)約束條件都能夠得到相關(guān)要求與滿足，以實(shí)現(xiàn)最佳的設(shè)計(jì)。

人們對(duì)美好生活的向往，不僅要有充足的食物，更需要有豐富、安全的食物，更需要有優(yōu)質(zhì)的食物，更需要有自己喜歡的、舒適的環(huán)境，不能每人都穿著航空服，吃著所謂的“有機(jī)食品”，這樣真的幸福嗎？充滿污染的土壤、水、空氣、還有人為增加的那些化學(xué)品，還能生產(chǎn)出有機(jī)食品，誰(shuí)信呀！

2.2 設(shè)定優(yōu)化設(shè)計(jì)的計(jì)算方案

房屋結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)依據(jù)可靠度具有復(fù)雜的多變量、多約束以及非線性的優(yōu)化問(wèn)題，在進(jìn)行計(jì)算以及分析過(guò)程當(dāng)中，通常都會(huì)把有約束的優(yōu)化問(wèn)題轉(zhuǎn)換成無(wú)約束優(yōu)化問(wèn)題以后在進(jìn)行求解。較為常使用的優(yōu)化設(shè)計(jì)的計(jì)算方法有Powell法、復(fù)合形法、拉氏乘子法等。

2.3 設(shè)計(jì)相關(guān)的程序

房屋結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)所使用的計(jì)算方法以及優(yōu)化設(shè)計(jì)的基本模型依據(jù)可靠度進(jìn)行，可以編寫一個(gè)功能齊全以及運(yùn)算速度快的綜合應(yīng)用程序。

2.4 結(jié)果分析

對(duì)相應(yīng)的計(jì)算結(jié)果，我們必須進(jìn)行必要的比較分析，從而能夠選出一個(gè)最佳的設(shè)計(jì)方案。在這個(gè)過(guò)程中，我們要對(duì)問(wèn)題進(jìn)行多角度的考慮，考慮問(wèn)題必須全面。這一過(guò)程在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化中非常的重要，選擇合理的設(shè)計(jì)方案，不僅能夠確保結(jié)構(gòu)的實(shí)用性、合理性、安全性以及美觀，還能夠直接的影響著施工中資金的投入。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化中忽略技術(shù)上的相關(guān)要求，只強(qiáng)調(diào)經(jīng)濟(jì)上的節(jié)約是不正確的；同樣不考慮經(jīng)濟(jì)的要求，只考慮技術(shù)上的要求，而也是不合理的。我們必須將這兩方面進(jìn)行有效的結(jié)合，從而達(dá)到有關(guān)的要求。

3 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法在房屋建筑領(lǐng)域的具體應(yīng)用

在設(shè)計(jì)上，建筑都具備著相應(yīng)的復(fù)雜性和層次性的特點(diǎn)。從層次性角度講，包含著建筑的安裝體系、結(jié)構(gòu)相關(guān)體系、整體設(shè)計(jì)體系等，這些體系又含有較多的下屬體系。設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)房屋時(shí)，要優(yōu)化每一個(gè)下屬系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)疊加型工程，沖破關(guān)聯(lián)的橫向性；從復(fù)雜性來(lái)講，主要包含選取建筑的零部件、選取建筑的材料等。為此在優(yōu)化結(jié)構(gòu)時(shí)要從整體入手，這樣就能夠使得整體的設(shè)計(jì)優(yōu)化得以實(shí)現(xiàn)。

3.2 建筑階段性優(yōu)化與壽命優(yōu)化

在工程的使用年限范圍內(nèi)，應(yīng)該優(yōu)化每一階段都要進(jìn)行相應(yīng)的方案。設(shè)計(jì)者要考察房屋各個(gè)階段的特點(diǎn)，依據(jù)實(shí)際的具體情況進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法的確定，這樣不僅僅能夠?qū)こ痰恼w壽命進(jìn)行科學(xué)的優(yōu)化，同時(shí)也能夠使得建筑企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益得到提高、建筑質(zhì)量得到有效的保障。

3.3 樁基礎(chǔ)的優(yōu)化

樁基礎(chǔ)通常分為預(yù)制樁以及灌注樁。在進(jìn)行整體施工的時(shí)候，很難控制灌注樁的質(zhì)量，而且它的操作時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，技巧復(fù)雜。為此在沉降符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的前提之下，要添加預(yù)制樁的施工，從而就能夠使得相應(yīng)的工序得到減少。并且隨著樁基的不斷深入，土壤自身對(duì)于樁基的摩擦也在不斷的增加，這就要求選取較長(zhǎng)的預(yù)制樁。

3.4 建筑主體上部結(jié)構(gòu)的優(yōu)化

在進(jìn)行房屋建筑上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的時(shí)候，應(yīng)該建立相應(yīng)科學(xué)合理的模型，并且還要優(yōu)化系統(tǒng)，其第一步就是要進(jìn)行剪力墻的合理設(shè)置，保證剪力墻具有均勻的整體質(zhì)量，這樣能將樓層整體的結(jié)構(gòu)重心與樓層中平面剛度的中心點(diǎn)重合，從而減少風(fēng)力或者地震等對(duì)其的破壞性。在建設(shè)房屋時(shí)，對(duì)剪力墻要盡可能地進(jìn)行大開間的構(gòu)造，加長(zhǎng)剪力墻的墻肢長(zhǎng)度，這樣在符合標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上能減少墻肢的數(shù)量。

3.5 建筑優(yōu)化與結(jié)構(gòu)優(yōu)化保持協(xié)調(diào)

在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)要使得建筑的整體平面與整體結(jié)構(gòu)緊密配合有足夠的保證，這樣能夠使得建筑本身的結(jié)構(gòu)與美觀的相應(yīng)合理性效果得以實(shí)現(xiàn)。對(duì)于建筑系統(tǒng)而言，支柱與墻體不能有錯(cuò)位的現(xiàn)象、要保證簡(jiǎn)潔、截面要與高度的面積相通。在設(shè)計(jì)樓體時(shí)，受力較多的轉(zhuǎn)角區(qū)域，承重材料要選擇高強(qiáng)建材，從而能夠更好地降低自重。

3.6 排水系統(tǒng)優(yōu)化與結(jié)構(gòu)優(yōu)化保持協(xié)調(diào)

在建筑房屋中排水系統(tǒng)有著很多的機(jī)械設(shè)備，對(duì)于荷載強(qiáng)度、荷載能力較大，為此要將其設(shè)置在地下室，同時(shí)保證預(yù)留深度與管道的預(yù)留尺寸要符合相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，加固樓板本身的鉆孔位置。除此之外，要盡可能降低水平方向的管線貫穿柱或梁的情況發(fā)生。

3.7 電氣優(yōu)化與結(jié)構(gòu)優(yōu)化保持協(xié)調(diào)

電氣管線是以導(dǎo)線的形式在樓板、墻體或者金屬管體的外部進(jìn)行安裝的，這樣有可能會(huì)導(dǎo)致預(yù)制的結(jié)構(gòu)施工出現(xiàn)困難，為此在梁體上要提前預(yù)留相應(yīng)的孔洞，使管線穿過(guò)梁體，并且要保證梁體和相應(yīng)墻體的寬度保持一致。在整個(gè)房屋的建筑方面，電梯部分會(huì)有較多的空洞，建筑構(gòu)件埋下較多，這時(shí)設(shè)計(jì)者對(duì)于電梯部分的建筑應(yīng)該進(jìn)行單獨(dú)計(jì)算與分析，保證設(shè)計(jì)的安全性與合理性。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，通過(guò)對(duì)建筑的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化，既可以對(duì)工程資金投入進(jìn)行控制，同時(shí)還可以保證建筑自身的功能。除此之外，開發(fā)商及建筑企業(yè)不應(yīng)過(guò)于對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的經(jīng)濟(jì)效益給與關(guān)注，利用削弱技術(shù)性能、降低質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、縮減建材等方法來(lái)追求利益，并且也不可以忽視經(jīng)濟(jì)效益而一味的關(guān)注技術(shù)。對(duì)房屋結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)優(yōu)化所要達(dá)到的最終目的就是增加企業(yè)收益、提高建筑的質(zhì)量、保證建筑的功能、提升環(huán)保性能。為此，設(shè)計(jì)人員應(yīng)緊跟時(shí)代步伐，不斷提高自身水平，勇于開拓創(chuàng)新，為人民的生活及居住提供安全保障。

[1]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?013，02：172.

[2]辛海虹.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)與其在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].價(jià)值工程，2010，27：121.

[3]陳述康.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的具體應(yīng)用[J].江西建材，2013，05：49+53.

TU318

A

1673-0038（2015）35-0015-02

2015-8-15

胡浩（1979-），男，工程師，大學(xué)本科，主要從事建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及管理工作。