析建筑結(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

（太和縣建筑勘察設(shè)計(jì)院， 安徽 太和 236600）

析建筑結(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

李驃騎

（太和縣建筑勘察設(shè)計(jì)院， 安徽 太和 236600）

建筑結(jié)構(gòu)是一個(gè)建筑物的框架構(gòu)成，設(shè)計(jì)是否合理、是否優(yōu)化，直接決定著建筑物結(jié)構(gòu)的安全性和可靠性，必須采用科學(xué)方法合理設(shè)計(jì)建筑結(jié)構(gòu)，才能保證建筑結(jié)構(gòu)安全可靠。本文以建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法為研究?jī)?nèi)容，對(duì)其的理論體現(xiàn)及其在在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用步驟、應(yīng)用要點(diǎn)進(jìn)行了分析，僅供參考借鑒。

房屋結(jié)構(gòu)；理論體現(xiàn)；優(yōu)化方法；應(yīng)用步驟；應(yīng)用要點(diǎn)

近年來(lái)，建筑業(yè)發(fā)展形勢(shì)利好，儼然成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱性產(chǎn)業(yè)，對(duì)整個(gè)社會(huì)及人們生活發(fā)展產(chǎn)生了重大影響。隨著建筑業(yè)的發(fā)展，激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)給企業(yè)帶來(lái)了巨大壓力，企業(yè)要想在激烈市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中贏得先機(jī)，唯有建設(shè)安全、可靠、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、環(huán)保、節(jié)能的建筑物，這對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提出了更高要求。為適應(yīng)新時(shí)期建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求，提出采用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法，利用先進(jìn)的技術(shù)手段優(yōu)化設(shè)計(jì)建筑結(jié)構(gòu)。

一、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法的理論體現(xiàn)

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不僅要考慮建筑結(jié)構(gòu)的安全性、可靠性，基本功能的健全性、實(shí)用性，還要考慮建筑結(jié)構(gòu)本身的藝術(shù)性、美觀度，以及建筑結(jié)構(gòu)的環(huán)保性、節(jié)能性，確保建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，這就是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的具體體現(xiàn)[1]。從理論上分析建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法，可以發(fā)現(xiàn)這一設(shè)計(jì)優(yōu)化方法主要體現(xiàn)在建筑結(jié)構(gòu)整體設(shè)計(jì)、建筑結(jié)構(gòu)分層設(shè)計(jì)等方面。

在建筑結(jié)構(gòu)整體設(shè)計(jì)上，要盡量保持建筑平面結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性和規(guī)則性，減少建筑剛度中心和質(zhì)量中心的相關(guān)性差異；垂直方向的承重構(gòu)件要上下相通，并盡量少使用轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)。而且，垂直方向剛度變化要講究簡(jiǎn)潔性，避免結(jié)構(gòu)突變，以保證建筑結(jié)構(gòu)安全可靠。

二、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)用步驟

（一）建立建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型

1、優(yōu)化選擇設(shè)計(jì)變量

選擇設(shè)計(jì)變量時(shí)，要以建筑結(jié)構(gòu)本身的參數(shù)作為變量。如，根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)造價(jià)值、結(jié)構(gòu)損失的期望值確定建筑目標(biāo)參數(shù)，根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)相對(duì)可靠度確定建筑約束控制參數(shù)。對(duì)于哪些對(duì)建筑結(jié)構(gòu)安全影響小、變化范圍小的設(shè)計(jì)參數(shù)，可利用預(yù)定式參數(shù)表述，便于減少設(shè)計(jì)數(shù)量和編程量，提高設(shè)計(jì)工作效率。

2、確定目標(biāo)函數(shù)

優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)找到一組符合預(yù)定條件的相應(yīng)尺寸的鋼筋截面和失效的概率函數(shù)，最大程度的降低建筑造價(jià)。

3、確定約束條件

為保證建筑結(jié)構(gòu)可靠，合理確定與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相關(guān)的約束條件，如建筑本身的強(qiáng)度、幾何尺寸大小、結(jié)構(gòu)體系、構(gòu)件、建筑裂縫寬度等。進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，要根據(jù)設(shè)計(jì)目標(biāo)全面分析以上約束條件，確保每一個(gè)約束條件都能符合建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)目標(biāo)。

（二）合理確定建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方案

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化有很多的約束條件，經(jīng)常遇到一些非線性的優(yōu)化問(wèn)題，無(wú)形中增加了設(shè)計(jì)及計(jì)算工作的復(fù)雜性[2]。特別是計(jì)算非線性問(wèn)題時(shí)會(huì)進(jìn)行必要的轉(zhuǎn)換，將有約束的優(yōu)化轉(zhuǎn)化為無(wú)約束的優(yōu)化，方能合理確定結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方案。具體計(jì)算中，可以采用拉式乘子法等方法。

（三）設(shè)計(jì)應(yīng)用程序

基于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化模型及計(jì)算方法建構(gòu)一個(gè)運(yùn)算快的應(yīng)用程序，作為設(shè)計(jì)優(yōu)化實(shí)施的基本依據(jù)和規(guī)范，使建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化工作順利、有效的進(jìn)行，確保建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)工作質(zhì)量。

（四）分析綜合結(jié)果

得出計(jì)算結(jié)果過(guò)后，對(duì)多方計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，從中優(yōu)選出一個(gè)最佳的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。進(jìn)行分析對(duì)比時(shí)，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)幾何尺寸、基本功能、外形美感度、結(jié)構(gòu)安全性及實(shí)用性、經(jīng)濟(jì)性等問(wèn)題進(jìn)行多角度的考慮，既要保證建筑結(jié)構(gòu)安全，也要確保設(shè)計(jì)優(yōu)化方案經(jīng)濟(jì)實(shí)用，盡量用最少的成本投入達(dá)到高質(zhì)量的建筑物，實(shí)現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的預(yù)期目標(biāo)。

三、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)用要點(diǎn)

在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法應(yīng)用覆蓋多個(gè)方面，具體包括整體與局部、使用壽命、樁基礎(chǔ)、上部結(jié)構(gòu)及房屋建構(gòu)與電氣、給排水結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)等，下面對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的具體應(yīng)用進(jìn)行了分析。

（一）整體及局部

房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有復(fù)雜性、層次性特點(diǎn)。房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的復(fù)雜性主要體現(xiàn)在結(jié)構(gòu)類型選用、建材選用、零部件選取等方面，設(shè)計(jì)工作系統(tǒng)而復(fù)雜；房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的層次性主要體現(xiàn)在房屋建筑設(shè)計(jì)體系、建筑結(jié)構(gòu)體系、各專業(yè)設(shè)計(jì)體系、安裝設(shè)計(jì)體系等方面，其中的每一體系都是獨(dú)立的，且還有下屬體系。由于房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的復(fù)雜性和層次性，設(shè)計(jì)人員可以采用房屋建筑設(shè)計(jì)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，充分的優(yōu)化設(shè)計(jì)每一個(gè)體系，打破橫向關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)工程疊加，實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)整體的優(yōu)化，提高建筑設(shè)計(jì)的合理性。

（二）使用壽命

在房屋建筑使用年限內(nèi)，房屋建筑結(jié)構(gòu)中的任何一個(gè)環(huán)節(jié)都有著多方設(shè)計(jì)方案，這就決定了任一個(gè)工程分部分項(xiàng)都可以設(shè)計(jì)優(yōu)化。為此，進(jìn)行房屋建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員可以根據(jù)分部分項(xiàng)的具體情況進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，進(jìn)而延長(zhǎng)房屋建筑使用壽命。

（三）樁基礎(chǔ)

房屋建筑樁基礎(chǔ)形式主要有灌注樁、預(yù)制樁等[3]。其中，灌注樁操作復(fù)雜、施工時(shí)間長(zhǎng)，且質(zhì)量控制精度要求高。預(yù)制樁操作簡(jiǎn)單，且質(zhì)量可控，若沒(méi)有特殊的工程地質(zhì)條件限制，可以采用預(yù)制樁。但是具體設(shè)計(jì)時(shí)，要以現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)勘察結(jié)果為依據(jù)合理的優(yōu)化設(shè)計(jì)樁基礎(chǔ)形式，確保樁基礎(chǔ)質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

（四）上部結(jié)構(gòu)

在房屋建筑上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，剪力墻布置是非常關(guān)鍵的一環(huán)。剪力墻質(zhì)量要有一定的均勻性，使樓層結(jié)構(gòu)中心與結(jié)構(gòu)平面中心相互重疊，增強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)整體的承載力和抗震性，消弱外力的不利影響。若房屋建筑結(jié)構(gòu)類型允許，剪力墻應(yīng)當(dāng)采用大開(kāi)間構(gòu)造，盡量增加墻肢長(zhǎng)度，不僅能提高房屋結(jié)構(gòu)安全性，還能減少混凝土、鋼材等材料用量。

（五）房屋結(jié)構(gòu)與電氣、給排水等專業(yè)設(shè)計(jì)間的協(xié)調(diào)優(yōu)化

1、房屋結(jié)構(gòu)與電氣的協(xié)調(diào)優(yōu)化

電氣工程是房屋建筑組成的一部分，進(jìn)行房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，不得不考慮房屋結(jié)構(gòu)與電氣專業(yè)設(shè)計(jì)之間的協(xié)調(diào)性。電氣管線如果安裝在樓板處，勢(shì)必影響房屋建筑預(yù)制結(jié)構(gòu)施工正常展開(kāi)，所以電氣管線一般要貫穿房屋結(jié)構(gòu)梁體，以便保護(hù)電氣管線安全。這樣一來(lái)，設(shè)計(jì)房屋建筑結(jié)構(gòu)時(shí)就要預(yù)先考慮建筑梁體孔洞預(yù)埋問(wèn)題，合理確定電氣管線預(yù)埋孔洞位置及孔徑大小。與此同時(shí)，還要考慮梁體寬度，應(yīng)與墻體厚度一致，否則難以確保梁側(cè)平面與墻體一側(cè)對(duì)齊，電氣管線將裸露在梁體外面。由于建筑梁體內(nèi)埋設(shè)了很多孔洞，要對(duì)電梯房結(jié)構(gòu)進(jìn)行科學(xué)計(jì)算與合理設(shè)計(jì)，保證電梯房強(qiáng)度達(dá)標(biāo)。

2、房屋結(jié)構(gòu)與給排水的協(xié)調(diào)優(yōu)化

房屋建筑內(nèi)部用于給排水的設(shè)備很多，一般情況下，可以將水泵房設(shè)置在地下室。但是由于給排水管道系統(tǒng)復(fù)雜，長(zhǎng)短、粗細(xì)各不相同，進(jìn)行房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化時(shí)，必要合理分析確定給排水管道的預(yù)埋孔洞。水平方向的給排水管道貫穿承重墻時(shí)，要對(duì)承重墻體加以維護(hù)、加固。具體工作中，可以采用建筑信息模型對(duì)房屋給排水系統(tǒng)進(jìn)行碰撞檢查，優(yōu)化建筑給排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。

四、結(jié)論

綜上所述，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，可以進(jìn)一步優(yōu)化房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，提高房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性。在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法，要遵守一定的應(yīng)用步驟，注意應(yīng)用要點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)房屋結(jié)構(gòu)優(yōu)化目標(biāo)。

[1]劉松.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].城市建設(shè)理論研究（電子版），2016，（20）：21-22.

[2]唐益林.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].建材與裝飾，2017，（01）：93-94.

[3]景毅.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)中的運(yùn)用分析[J].科技資訊，2014，（27）：36.

TU7

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1007-6344（2017）08-0106-01

李驃騎 （1978-），男， 工程師，大專，從事建筑工程設(shè)計(jì)工作