房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法探究

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摘要：本文首先概述了建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的重要性，然后介紹了設(shè)計優(yōu)化方法的流程，最后闡述了在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中的具體應(yīng)用，以供參考。

關(guān)鍵詞：建筑結(jié)構(gòu);設(shè)計優(yōu)化;重要性;流程;應(yīng)用

1、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的重要性

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化，指的是在設(shè)計期間創(chuàng)新設(shè)計理念，采用科學的方法對設(shè)計方案進行優(yōu)化和篩選，最終保證設(shè)計方案能滿足各方面需求。房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計工作中，采用設(shè)計優(yōu)化方法的作用如下：第一，在保證建筑質(zhì)量的基礎(chǔ)上，可以提高經(jīng)濟性、美觀性；第二，能夠節(jié)約建筑成本，有效保護建筑周邊的自然環(huán)境。由此可見，應(yīng)用設(shè)計優(yōu)化方法，能夠提高房屋建筑的綜合效益，滿足不同用戶的需求，同時為建筑企業(yè)帶來更大的經(jīng)營利潤。和傳統(tǒng)的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方法相比，設(shè)計優(yōu)化能夠降低建設(shè)成本，調(diào)查顯示能降低30%左右。具體分析認為，通過設(shè)計優(yōu)化，其一能充分利用各種建筑材料和資源，尤其是對內(nèi)部結(jié)構(gòu)單元進行協(xié)調(diào)，提高空間使用率；其二實現(xiàn)設(shè)計上的創(chuàng)新，在保證建筑安全的基礎(chǔ)上，延長使用壽命，保護居民的人身財產(chǎn)安全；其三能幫助設(shè)計人員認真選擇設(shè)計方案，提高設(shè)計的科學性、合理性。

2、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法的流程

2.1結(jié)構(gòu)模型設(shè)計。第一步，選擇變量。從實際設(shè)計工作中來看，重要的數(shù)值、參數(shù)是決定設(shè)計方案的依據(jù)，這些數(shù)據(jù)可以作為變量使用。舉例來說，在建設(shè)目標中，包括價格參數(shù)、預期損失參數(shù)；在工程控制中，包括房屋結(jié)構(gòu)的可靠性參數(shù)。設(shè)計人員應(yīng)該選擇變化小、干擾少的參數(shù)，才能降低結(jié)構(gòu)設(shè)計難度，盡早確定滿足設(shè)計目標的數(shù)據(jù)。第二步，確定函數(shù)。在多個類似的函數(shù)中，設(shè)計人員應(yīng)該選擇出最佳的函數(shù)，要求滿足房屋截面尺寸、鋼筋尺寸面積，然后對函數(shù)的性質(zhì)進行分析，以降低建設(shè)成本。第三步，衡量條件。從房屋結(jié)構(gòu)的安全性、耐久性出發(fā)，設(shè)計約束指標包括房屋尺寸、架構(gòu)剛度、變形限度、受力特點、單元組件、墻體裂隙、結(jié)構(gòu)可塑性等。而且，還要考慮到房屋結(jié)構(gòu)的實際情況，保證各個條件都滿足規(guī)定要求，實現(xiàn)設(shè)計方案的最優(yōu)化。2.2確定計算方法。房屋結(jié)構(gòu)的設(shè)計伴有大量的計算過程，對結(jié)構(gòu)設(shè)計進行優(yōu)化，就是基于復雜變量和多種設(shè)計條件下的計算。對于設(shè)計人員而言，計算過程中應(yīng)該演算各種數(shù)據(jù)，將附加約束條件轉(zhuǎn)變?yōu)椴桓郊蛹s束條件，方便得出計算結(jié)果。另外，計算方法的種類較多，而且各自具有優(yōu)點和缺點，應(yīng)該根據(jù)現(xiàn)實條件選擇出最為簡便的計算方法，以節(jié)約計算時間、減輕計算工作量。2.3選擇最優(yōu)程序。確定房屋結(jié)構(gòu)模型，并經(jīng)過計算之后，下一步就要求設(shè)計人員從中選擇最優(yōu)程序。對于最優(yōu)程序的要求，一是具有完整的功能，二是可以高效運轉(zhuǎn)。這種程序是由多個小程序組合而成，在結(jié)構(gòu)設(shè)計中具有重要作用。2.4分析統(tǒng)計結(jié)論。面對最優(yōu)程序和計算結(jié)果，此時設(shè)計人員要對統(tǒng)計結(jié)論進行分析，明確不同設(shè)計方案之間的相同點、不同點，綜合分析后確定最佳設(shè)計方案。由于房屋建設(shè)成本高，會涉及多個當事人的利益，因此設(shè)計人員應(yīng)該從多個角度進行思考[3]。例如從宏觀角度分析各種利益關(guān)系，處理好經(jīng)濟效益和技術(shù)含量之間的關(guān)系。值得注意的是，片面追求經(jīng)濟效益、不顧技術(shù)創(chuàng)新的做法是不可取的；應(yīng)該在保證技術(shù)含量的基礎(chǔ)上，盡量降低經(jīng)濟成本。

3、在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中的具體應(yīng)用

3.1整體和局部優(yōu)化。縱觀建筑工程設(shè)計的共同特點，主要是復雜性、層次性兩個方面。具體到復雜性，指的是原材料、零部件、結(jié)構(gòu)類型的確定；具體到層次性，指的是結(jié)構(gòu)體系、安裝體系、設(shè)計體系等，每個體系又包含著諸多下屬體系。房屋建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計工作，要求設(shè)計人員從每個下屬體系入手，打破不同布局之間的關(guān)聯(lián)性，實現(xiàn)工程疊加的效果。由此可見，房屋建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計，應(yīng)該將落腳點放在整體上，而不是局部上，只有這樣才能滿足設(shè)計要求。3.2基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)優(yōu)化。基礎(chǔ)是房屋建筑結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵部位，基礎(chǔ)質(zhì)量決定了建筑整體的質(zhì)量，因此對基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化具有重要意義。從基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)類型來看，常見如樁基礎(chǔ)、條形基礎(chǔ)、獨立基礎(chǔ)等，優(yōu)化內(nèi)容在于基礎(chǔ)設(shè)計應(yīng)該滿足施工標準，考慮到地質(zhì)條件的差異性。以樁基礎(chǔ)為例，計算抗拔樁的承載力時，首先應(yīng)該從土層參數(shù)入手，確定承載力特征值；然后根據(jù)這一數(shù)值計算出抗拔樁的鋼筋數(shù)量，確保滿足承載力要求；最后實施靜載試驗，從實驗數(shù)據(jù)評價樁基礎(chǔ)設(shè)計的科學性。3.3上部結(jié)構(gòu)優(yōu)化。建筑工程的上部結(jié)構(gòu)具有多種類型，因此設(shè)計優(yōu)化方案也應(yīng)該具有針對性，具體如下：第一，磚混結(jié)構(gòu)，優(yōu)化設(shè)計時應(yīng)該避免在承重墻上開較大洞口；設(shè)置構(gòu)造柱、墻垛長度、建筑層數(shù)時，嚴格按照相關(guān)規(guī)范執(zhí)行；結(jié)構(gòu)體系中不要采用混合承重的形式。第二，框架結(jié)構(gòu)，首先合理布置柱網(wǎng)、柱距，確保整體結(jié)構(gòu)的安全性和經(jīng)濟性。其次，單純從平面布局來看，兩側(cè)剛度稍大、中部剛度稍小，能夠避免扭轉(zhuǎn)過大的現(xiàn)象，增強結(jié)構(gòu)的抗震性能。最后，梁截面、柱截面應(yīng)該合理設(shè)計，避免過大或過小，不僅影響美觀性，還會浪費材料，而且要保證梁和柱的中線相互重合。第三，剪力墻結(jié)構(gòu)，一方面應(yīng)該確保結(jié)構(gòu)重心、建筑平面形心相吻合，從而提高建筑剛度，避免出現(xiàn)分布不均的情況。另一方面，在保證結(jié)構(gòu)計算安全的前提下，剪力墻和建筑隔墻應(yīng)該相互重合，如此有利于提高空間利用效率，增強舒適程度。

綜上所述，隨著生活水平的提升，人們對于房屋建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計需求也在不斷增加，實現(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計的綜合效益，成為人們追求的目標。在設(shè)計優(yōu)化方法中，包括結(jié)構(gòu)模型設(shè)計、確定計算方法、選擇最優(yōu)程序、分析統(tǒng)計結(jié)論四個步驟，能夠?qū)Ψ课萁ㄖ恼w和局部、基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)、上部結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，以促進建筑質(zhì)量的提升。

作者:周福林 單位:四川省冶金設(shè)計研究院

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