結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用分析

陳煒

（河南省建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司　河南省　鄭州市　450000）

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用分析

陳煒

（河南省建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司河南省鄭州市450000）

在建筑機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中，采用合理的建筑結(jié)構(gòu)方案，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)建筑物的實(shí)際使用價(jià)值，而且還能夠很好地實(shí)現(xiàn)建筑物的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和環(huán)保價(jià)值。本文主要講述了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化方法、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)的實(shí)踐應(yīng)用中要注意的問題，并對結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的具體應(yīng)用進(jìn)行了分析。

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；優(yōu)化方法；應(yīng)用；分析

1　前言

現(xiàn)代的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案相比，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化可以有效地降低建筑結(jié)構(gòu)成本投入。通俗的講，好的結(jié)構(gòu)方案不僅可以在最大程度上為建設(shè)單位減少資本投入，帶來更多的經(jīng)濟(jì)效益，而且還可以科學(xué)有效地保護(hù)建筑施工場地的生態(tài)環(huán)境，從而實(shí)現(xiàn)建筑經(jīng)濟(jì)利益與環(huán)境保護(hù)相結(jié)合的模式。建設(shè)單位從事建筑開發(fā)的基本原則就是在最大程度的減少資本投入、減少建筑材料使用的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)建筑的高質(zhì)量和長期使用。其采用的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化措施，可以科學(xué)地實(shí)現(xiàn)建筑施工過程中各種資源的合理配置，以及各項(xiàng)建筑材料的充分利用，并且更好地協(xié)調(diào)建筑空間布局，使得建筑空間布局能夠有效的結(jié)合，共同發(fā)揮其使用功能。因此，合理的利用建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)，在確保建筑安全性能的前提下能夠充分的體現(xiàn)出建筑結(jié)構(gòu)創(chuàng)新性。

2　簡述建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法

2.1建立優(yōu)化分析模型

在建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)過程中，分析模型在其中可以發(fā)揮巨大作用，因此，通過建立一個科學(xué)合理的優(yōu)化分析模型可以實(shí)現(xiàn)對原有的設(shè)計(jì)進(jìn)行分析的目的，從而可以使設(shè)計(jì)結(jié)果更加優(yōu)化。①對變量的選擇。一般情況下，建筑師決定的最終建筑設(shè)計(jì)方案起到重要的作用，這些重要的建筑數(shù)值均可以作為變量供建筑設(shè)計(jì)人員進(jìn)行選擇。②對函數(shù)的確定。設(shè)計(jì)人員要選擇出最符合配筋率和房屋結(jié)構(gòu)構(gòu)件尺寸的一組函數(shù)，進(jìn)而在最大程度上降低建設(shè)成本。③對施工條件的衡量。想要進(jìn)一步確保建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，就需要從房屋的受力限度、變形限度、結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、房屋結(jié)構(gòu)構(gòu)件的尺寸、結(jié)構(gòu)構(gòu)件裂縫的限度、房屋的結(jié)構(gòu)體系等方面考慮。

2.2滿足建筑質(zhì)量安全

一般來說，建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化的目的是滿足房屋建筑的基本功能需求和舒適度要求、滿足建筑質(zhì)量安全和美觀度要求、對房屋建筑結(jié)構(gòu)造價(jià)進(jìn)行控制。

2.3選取最科學(xué)的優(yōu)化數(shù)學(xué)算法

當(dāng)在第一步已經(jīng)建立優(yōu)化的分析模型之后的情況下，這時(shí)就需要最科學(xué)、合理的優(yōu)化數(shù)學(xué)算法和優(yōu)化迭代控制來解決接下來所遇到的問題。在第二步的過程中，設(shè)計(jì)者會面臨著重要的選擇，那就是要在多種優(yōu)化數(shù)學(xué)方法中能夠及時(shí)有效地選取最科學(xué)的優(yōu)化數(shù)學(xué)算法，從而實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化的設(shè)計(jì)效果。

2.4對統(tǒng)計(jì)結(jié)論進(jìn)行分析

設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行了各種計(jì)算之后，要對統(tǒng)計(jì)結(jié)果進(jìn)行認(rèn)真的分析，并且找出各個設(shè)計(jì)方案中不同點(diǎn)和相同點(diǎn)，并且結(jié)合總體的設(shè)計(jì)情況和進(jìn)展選擇最佳的設(shè)計(jì)方案。設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行結(jié)論分析的時(shí)候，要注意不要遺漏一些細(xì)節(jié)問題。房屋的建設(shè)與設(shè)計(jì)是一項(xiàng)耗時(shí)長、成本高的項(xiàng)目，它不僅涉及到建設(shè)單位的利益，也涉及到了房屋使用者的利益，設(shè)計(jì)人員在把握細(xì)節(jié)的基礎(chǔ)上，要注意從宏觀上把握住當(dāng)事人的利益，這樣才能夠有效的節(jié)約建設(shè)成本，進(jìn)一步優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)。在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化的時(shí)候，設(shè)計(jì)人員不僅要避免追求片面的利益，還應(yīng)該避免為了追求設(shè)計(jì)創(chuàng)新而忽略了建筑實(shí)際情況。

3　結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用分析

3.1對建筑主體上部結(jié)構(gòu)進(jìn)行的科學(xué)性優(yōu)化

房屋建筑的上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)建立相應(yīng)的模型并進(jìn)行系統(tǒng)的優(yōu)化。整個過程第一步就是先恰當(dāng)?shù)脑O(shè)置剪力墻，一定要保障整個剪力墻的布置是平均的，只有這樣樓層的平面剛度中心點(diǎn)就會和樓層平面質(zhì)量的重心相互重合，那么就會使其對地震和風(fēng)荷載有著預(yù)防的作用。我們在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的時(shí)候，要是條件允許的話，我們要盡量的對剪力墻進(jìn)行大開間的布置，加長剪力墻的墻肢長度，這樣既能減少墻肢的數(shù)量，還能在符合規(guī)范的條件下減少混凝土的使用量。另外，剪力墻內(nèi)的暗柱通常都設(shè)置了鋼筋，如果采用較大的剪力墻就可以減少相對的鋼筋使用數(shù)量，從而相應(yīng)減少的材料成本。然而如果建筑的本身不具有相應(yīng)的條件，而且對于抗震抗壓的要求較高，就不得開間過大的剪力墻。

3.2結(jié)構(gòu)優(yōu)化與建筑優(yōu)化保持協(xié)調(diào)

對于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)既要保證結(jié)構(gòu)的整體性，又要與建筑平面功能的緊密配合，只有這樣才可以達(dá)到建筑自身的功能和建筑結(jié)構(gòu)的相應(yīng)合理性。對于建筑工程來說，既要保證建筑平面的簡潔，還要保證建筑墻體和立柱不可以有錯位現(xiàn)象的出現(xiàn)，也要保證建筑高度和截面面積相通。我們在對樓體進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，建筑物本身受力比較多的轉(zhuǎn)角的地方，一定采用那些承載力強(qiáng)的建筑材料，才能降低自重。對于建筑結(jié)構(gòu)整體來講要保證重心、剛心、質(zhì)心三者正確交疊，防止扭轉(zhuǎn)的狀況出現(xiàn)。

3.3直覺優(yōu)化技術(shù)與建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

即使對于同一個建筑方案，結(jié)構(gòu)布置方面也可能存在諸多的差異。如果建筑結(jié)構(gòu)布置已經(jīng)確定，就算是荷載情況是一樣的，也能夠把差異化分析方法應(yīng)用進(jìn)來。我們在進(jìn)行分析的過程中，也可以選用差異化設(shè)計(jì)參數(shù)、荷載與材料的取值，在對建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行細(xì)部處理的時(shí)候，也同樣會有著許多的差異。由于現(xiàn)在的建筑結(jié)構(gòu)的都是用計(jì)算機(jī)來進(jìn)行計(jì)算的，但是就算計(jì)仍然會有許多沒有辦法解決的問題，那就需要我們的設(shè)計(jì)人員對其進(jìn)行科學(xué)合理的判斷。我們在對其進(jìn)行判斷的過程中，一定要嚴(yán)格的根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)律，然后再結(jié)合以前的一些建筑工程的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，這就是我們常說的概念設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)人員在選擇方案的時(shí)候，經(jīng)常用到概念設(shè)計(jì)。

3.4建筑壽命優(yōu)化與階段性優(yōu)化

在建筑的使用年限內(nèi)，需對建筑每一階段進(jìn)行相應(yīng)的結(jié)構(gòu)方案優(yōu)化。房屋結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)者要考察各個階段的特點(diǎn)，根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行優(yōu)化方式的確定，從而對工程的整體壽命進(jìn)行科學(xué)的優(yōu)化。這樣，既保證了建筑產(chǎn)品質(zhì)量，又提高了建筑企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

4　結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)的實(shí)踐應(yīng)用中要注意的問題

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)的實(shí)踐應(yīng)用能夠帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益，但是要注意的是實(shí)踐應(yīng)用的過程中有很多的問題是不能夠忽略的，作為設(shè)計(jì)人員和業(yè)主對于這些問題應(yīng)該要投入一定的關(guān)注。

4.1前期的參與

前期方案的制定將會直接的關(guān)系到建筑的總投資問題，但是，當(dāng)前房屋建設(shè)工程中存在的問題就是：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)并沒有參與到前期方案的確定中，這種情況下，前期設(shè)計(jì)人員往往會忽略其方案的實(shí)際應(yīng)用性和經(jīng)濟(jì)性，在最后的實(shí)踐過程中得以證實(shí)的是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)根本就沒有發(fā)揮到節(jié)約建造成本的目的。導(dǎo)致這個問題的主要原因就是缺乏前期的參與，因此一定要注意結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化在方案制定時(shí)的前期參與。

4.2概念設(shè)計(jì)結(jié)合細(xì)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化

概念設(shè)計(jì)與結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)計(jì)具有重要的區(qū)別。一般概念設(shè)計(jì)都是脫離實(shí)際數(shù)據(jù)的，不具有精確性，因此在進(jìn)行計(jì)算時(shí)難免會出現(xiàn)較大的差異。在進(jìn)行概念設(shè)計(jì)時(shí)，作為設(shè)計(jì)人員要充分的認(rèn)識到數(shù)據(jù)的重要性，將相關(guān)的數(shù)值運(yùn)用到設(shè)計(jì)中，作為輔助依據(jù)。在設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員既要在宏觀上把握結(jié)構(gòu)整體的設(shè)計(jì)，與此同時(shí)在細(xì)節(jié)方面也要注意，做好細(xì)部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)優(yōu)化工作，保證細(xì)部工作的無誤，從而保證整體的效果。比如：材料強(qiáng)度、抗拉能力等多方面細(xì)部因素的考慮能夠在很大的程度上保證結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)的實(shí)踐應(yīng)用。

5　結(jié)束語

綜上所述，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展帶來的是生活質(zhì)量的提高，人們對生活質(zhì)量的要求也會越來越高，由于我國人口數(shù)量非常龐大，那么就需要我國的建筑物不僅保證最基本的安全性和功能性，而且在滿足人們對新環(huán)境要求的基礎(chǔ)上，一定要充分利用土地，充分節(jié)省建筑成本，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念也需要進(jìn)行優(yōu)化革新，讓新型建筑物符合新時(shí)代的發(fā)展。

TU318

A

1673-0038（2015）30-0033-02

2015-7-9