試論房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的優(yōu)化技術(shù)運(yùn)用

楊登奎 于力峰

（漯河市沙澧建筑設(shè)計(jì)有限公司，河南 漯河 462000）

關(guān)鍵字：房屋建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；優(yōu)化技術(shù)；應(yīng)用

1 房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化概述

所謂建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，就是指在滿足施工要求的前提下，使得建筑結(jié)構(gòu)中的各項(xiàng)指標(biāo)可以達(dá)到最佳設(shè)計(jì)的一種方法。

在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程中，在基本滿足建筑師的設(shè)計(jì)要求的基礎(chǔ)上，平面布置應(yīng)盡量規(guī)則、對(duì)稱，盡量縮小質(zhì)量中心和剛度中心的差異，使建筑物在水平荷載作用下不至于產(chǎn)生太大的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。在豎向布置上，在滿足功能要求的前提下，盡量使豎向承重構(gòu)件上下貫通，能不使用轉(zhuǎn)換層的就應(yīng)該盡可能的不使用，以此來減少結(jié)構(gòu)分析和設(shè)計(jì)上的困難，此外也會(huì)加大成本的經(jīng)濟(jì)支出，因此不建議使用，容易造成應(yīng)力集中，豎向剛度最好不要突變，而是采用漸變的方式，這樣對(duì)結(jié)構(gòu)抵抗水平動(dòng)力荷載有利。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化在房屋建筑施工中的作用

2.1 促使房屋施工中總造價(jià)得到有效的降低

在建筑施工中，高層建筑和多層建筑的層數(shù)較多，總建筑面積較大，而單位面積的土地面積較小，因此必須重視可以降低施工成本的措施，做好降低成本的控制，此外，住房建設(shè)層的層數(shù)數(shù)量呈現(xiàn)越來越多的趨勢(shì)，建筑物的高度越來越高，使得建筑物的之間的距離不斷縮短，一定程度上也促進(jìn)了土地利用率的提高。在高層建筑的設(shè)計(jì)和施工中，每一個(gè)建筑都要設(shè)定一個(gè)上限，上限設(shè)置和地板的變化不會(huì)改變，所以建筑成本沒有較多的增加。在基礎(chǔ)建設(shè)的一部分中，隨著架構(gòu)層的生長(zhǎng)，需要增強(qiáng)基本的負(fù)載，所以要增加基礎(chǔ)滿足負(fù)載。

2.2 提升建筑結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性能

隨著施工層的數(shù)量的增加，可使墻體的區(qū)域、一個(gè)柱體的體積，和基礎(chǔ)梁和柱的承載強(qiáng)度增加；另一方面，通過對(duì)建筑樓層的控制，可以有效節(jié)約建筑材料，還可以提高減震心梗，也可以是樓與樓之間的距離是相應(yīng)的減少和得到有效的節(jié)約。當(dāng)建筑是圓形或者類似的廣場(chǎng)時(shí)，外墻之間的周常系數(shù)通常會(huì)比較小，內(nèi)外裝飾區(qū)域也有一定程度的降低。

2.3 提升建筑結(jié)構(gòu)的美觀性

未來房屋建筑向著更加美觀。舒適、復(fù)雜的方向發(fā)展，這對(duì)房屋建筑的結(jié)構(gòu)也提出了更高的要求，面對(duì)人類生存和發(fā)展的建筑需要，在房屋的建筑中應(yīng)用結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的方式有著重要的作用。結(jié)構(gòu)化的建筑設(shè)計(jì)不僅可以使得房屋建造的成本降低，而保證建筑房屋的質(zhì)量，還可以使得房屋建筑的結(jié)構(gòu)布局更加合理，有效增加了建筑的藝術(shù)美感。

3 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)中的具體應(yīng)用

3.1 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的應(yīng)用步驟

（1） 結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型的建立。這一步是結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法應(yīng)用的一個(gè)重要前提和關(guān)鍵環(huán)節(jié)。具體來說，結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型的建立包括選擇合理的結(jié)構(gòu)布置、確定抗震受力等等各種的目標(biāo)參數(shù)，和優(yōu)化計(jì)算結(jié)構(gòu)等。

（2） 設(shè)計(jì)計(jì)算方案。在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化的時(shí)候，需要把一些具有爭(zhēng)議性的優(yōu)化問題變成沒有問題的約束性的優(yōu)化問題，從具體的計(jì)算分析出發(fā)，優(yōu)化結(jié)構(gòu)模型的設(shè)計(jì)，注意選定合適計(jì)算方法，從而達(dá)到房屋建筑結(jié)構(gòu)計(jì)算的優(yōu)化目的。

（3） 進(jìn)行程序設(shè)計(jì)。在進(jìn)行了結(jié)構(gòu)化模型的建立和計(jì)算之后，需要進(jìn)行程序設(shè)計(jì)和繪制，來滿足優(yōu)化設(shè)計(jì)的現(xiàn)實(shí)需要。

（4） 對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析。在程序設(shè)計(jì)之后，需要對(duì)模型結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，選擇最優(yōu)法人設(shè)計(jì)模型。綜合考慮多個(gè)方面的因素，選擇出一個(gè)適合實(shí)際需要的最佳設(shè)計(jì)方案。

3.2 房屋結(jié)構(gòu)的整體性和局部性優(yōu)化

房屋建筑是一個(gè)長(zhǎng)期的過程，是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)過程。從層次上講，房屋建筑涉及到建筑、結(jié)構(gòu)和安裝等多個(gè)體系，而且每個(gè)體系中又都包含著一些小的體系，從復(fù)雜性上來講，房屋建筑包含材料選擇、施工技術(shù)和施工設(shè)備的選擇和施工人員的素質(zhì)等多個(gè)方面，所以在對(duì)房屋建筑進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，設(shè)計(jì)人員必須考慮到后續(xù)在施工中的各個(gè)小部分的局部問題，盡量保證現(xiàn)場(chǎng)施工現(xiàn)場(chǎng)安全有序的進(jìn)行，保證施工質(zhì)量，最終達(dá)到房屋建筑結(jié)構(gòu)整體優(yōu)化改進(jìn)帶來的便利，打造出符合要求的精品建筑。

3.3 房屋結(jié)構(gòu)中的樁基礎(chǔ)優(yōu)化

樁基礎(chǔ)是房屋建筑中的一個(gè)重要組成部分，和建筑結(jié)構(gòu)的質(zhì)量密切相關(guān)，從目前的情況來看，我國(guó)的樁基礎(chǔ)包含灌注樁和預(yù)制樁兩種形式。從具體的建筑施工中來看，灌注樁的操作程序比較復(fù)雜，施工時(shí)間較長(zhǎng)，施工人員容易懈怠，且質(zhì)量控制難度較大，難以保證施工質(zhì)量，預(yù)制樁中的砂石層等有著難以穿越、造價(jià)較高、承載力低、樁長(zhǎng)長(zhǎng)等缺點(diǎn)，不過有時(shí)灌注樁也可以進(jìn)入巖石層，穿越砂石層，承載力較大、穩(wěn)定性較好，因此在施工中被廣泛使用，同時(shí)預(yù)制樁也有施工快、方便、難度低等優(yōu)點(diǎn)，因此須選擇適合實(shí)際情況的樁型。

3.4 房屋建筑結(jié)構(gòu)中上部結(jié)構(gòu)的優(yōu)化

在房屋建筑上部結(jié)構(gòu)優(yōu)化中，剪力墻的優(yōu)化是一個(gè)關(guān)鍵問題。第一，應(yīng)科學(xué)合理的設(shè)置剪力墻的位置，在實(shí)踐中，必須確保剪力墻質(zhì)量均勻，使模型的結(jié)構(gòu)的重心和樓層中的平面剛度的中心點(diǎn)重合，如此做的好處是可以有效減小風(fēng)阻、地震等外部因素對(duì)房屋建筑的不利影響。第二，使用大開間的形式，假設(shè)條件允許，房屋建筑結(jié)構(gòu)中可以使用大開間的形式的剪力墻，如此做法不僅減少了墻肢的數(shù)量，而且可以減少混凝土的使用，一方面減少了施工成本，另一方面卻沒有降低房屋的建造質(zhì)量。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，為了適應(yīng)新時(shí)代房屋建筑行業(yè)的發(fā)展需要，需要借助建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，從整體和局部、樁基礎(chǔ)、上部結(jié)構(gòu)等等多個(gè)方面進(jìn)行分析和優(yōu)化，這樣不僅可以增加房屋建造的美觀性和舒適度，而且可以有效地控制建筑工程的造價(jià)成本，從而促進(jìn)我國(guó)建筑行業(yè)不斷發(fā)展。