摘要：本文從傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計與最優(yōu)化設(shè)計比較出發(fā)，分析了民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計與經(jīng)濟性的關(guān)系，重點探討了結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)設(shè)計；優(yōu)化設(shè)計；房屋結(jié)構(gòu)；質(zhì)量

1 傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計與最優(yōu)化設(shè)計

1.1 傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計

傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計方法就是根據(jù)設(shè)計要求，設(shè)計師結(jié)合相關(guān)的工程，再依據(jù)自身的工作經(jīng)驗，進行各方面的設(shè)計，從而得出可行方案，在這個過程中，可能會做出幾個可行方案，然后對這幾個方案就行比較，得出最適合的方案。這就是傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計方法。

1.2 最優(yōu)化設(shè)計

所謂最優(yōu)化設(shè)計，其與傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計所不同的是，它是用相同的設(shè)計規(guī)范、基本理論、計算公式、設(shè)計流程：經(jīng)過設(shè)計修改設(shè)計，再校核直至得到滿意的結(jié)構(gòu)方案。它是以結(jié)構(gòu)的體積最小、重量最輕、造價最省為前提，通過數(shù)學(xué)運算求極值的方法，得到安全性與經(jīng)濟性都最優(yōu)的方案。

2 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法的應(yīng)用及實踐價值

2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法的應(yīng)用

結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法和技術(shù)的應(yīng)用具體體現(xiàn)在房屋工程結(jié)構(gòu)總體的優(yōu)化設(shè)計和房屋工程分部結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計兩方面。其中房屋工程分部結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計包括：基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)方案的優(yōu)化設(shè)計、屋蓋系統(tǒng)方案的優(yōu)化設(shè)計、圍護結(jié)構(gòu)方案的優(yōu)化設(shè)計和結(jié)構(gòu)細部設(shè)計的優(yōu)化設(shè)計。對以上幾個方面的優(yōu)化設(shè)計還包含選型、布置、受力分析、造價分析等內(nèi)容，并應(yīng)在滿足設(shè)計規(guī)范和使用要求的前提下，結(jié)合具體工程的實際情況，圍繞其綜合經(jīng)濟效益的目標(biāo)進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計。

2.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法的實踐價值

筆者認為，在滿足建筑結(jié)構(gòu)長遠效益的前提下，應(yīng)盡量減少建筑結(jié)構(gòu)的近期投資并提高建筑結(jié)構(gòu)的可靠度和合理性。與傳統(tǒng)設(shè)計相比，采用設(shè)計優(yōu)化技術(shù)可以使建筑工程造價降低5％～30％。優(yōu)化技術(shù)的實現(xiàn)，可以最合理的利用材料的性能，使建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)部各單元得到最好的協(xié)調(diào)，并具有建筑規(guī)范所規(guī)定的安全度。同時，它還可為建筑整體性方案設(shè)計進行合理的決策，優(yōu)化技術(shù)是實現(xiàn)建筑設(shè)計的“適用、安全和經(jīng)濟”目標(biāo)的有效途徑。

3 民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計與經(jīng)濟性的關(guān)系

3.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計與用地之間的相互關(guān)系

多層或高層住宅建筑中，總建筑面積是各層建筑面積的總和，層數(shù)越多，單位建筑面積所分攤的房屋占地面積就越少。但隨著建筑層數(shù)的增加，房屋的總高度也增加，房屋之間的間距也必須增大。因此，用地的節(jié)約量并不隨建筑層數(shù)的增加而按同一比例遞增。

3.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計與造價之間的相互關(guān)系

建筑層數(shù)對單位建筑面積造價有直接影響，但影Ⅱ向程度對各分部結(jié)構(gòu)卻是不同的。屋蓋部分，不管層數(shù)多少，都共用一個屋蓋，并不因?qū)訑?shù)增加而使屋蓋的投資增加。因此，屋蓋部分的單位面積造價隨層數(shù)增加而明顯下降?；A(chǔ)部分，各層共用基礎(chǔ)，隨著層數(shù)增加，基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的荷載加大，必須加大基礎(chǔ)的承載力，雖然基礎(chǔ)部分的單位面積造價隨層數(shù)增加而有所降低，但不如屋蓋那樣顯著。承重結(jié)構(gòu)，如墻、柱、梁等，隨層數(shù)增加而要增強承載能力和抗震能力，這些分部結(jié)構(gòu)的單位建筑造價將有所提高。

3.3 高層住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計與經(jīng)濟性之間的相互關(guān)系

住宅的層高直接影響住宅的造價，因為層高增加，墻體面積和柱體積增加，并增加結(jié)構(gòu)的自重，會增加基礎(chǔ)和柱的承載力，并使水和電氣的管線加長。降低層高，可節(jié)省材料、節(jié)約能源，有利于抗震，節(jié)省造價。同時，除降低層高可以減少住宅建筑總高度，縮小建筑之間的日照距離，所以降低層高能也取得節(jié)約用地的效果。

在相同建筑面積時，住宅建筑平面形狀不同，住宅的外墻周長系數(shù)也不相同。顯然平面形狀越接近方形或圓形，外墻周長系數(shù)越小，外墻砌體、基礎(chǔ)、內(nèi)外表面裝修等也隨之減少，并且受力性能好，造價會降低?？紤]到住宅的使用功能和方便性，通常單體住宅建筑的平面形狀多為矩形。

4 結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用

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

對于同一建筑方案，可以有許多不同的結(jié)構(gòu)布置設(shè)計；確定了結(jié)構(gòu)布置的建筑物，即使在同種荷載情況下也存在不同的分析方法：分析過程中設(shè)計參數(shù)、材料、荷載的取值也不是惟一的：建筑物細部的處理更是不盡相同，這些問題是計算機無法完全解決的，都需要設(shè)計人員自己作出判斷。而判斷只能在結(jié)構(gòu)設(shè)計的一般規(guī)律指導(dǎo)下，根據(jù)工程實踐經(jīng)驗進行，這便是前面所說的概念設(shè)計。因此，概念設(shè)計存在于設(shè)計師對多種備選方案進行選擇的過程中。

4.2 概念設(shè)計處理的實際建筑設(shè)計問題

概念設(shè)計所要處理的問題多種多樣。但可以肯定的是希望通過概念設(shè)計，建筑結(jié)構(gòu)能在各種不同的外部作用下不受破壞，或?qū)⑵茐某潭冉抵磷畹?。因此，分析如何?yīng)付建筑物可能遭遇的各種不確定因素成為概念設(shè)計的重要內(nèi)容。其中，地震作用最為難以琢磨，破壞性也最大。因此，建筑設(shè)計過程中就應(yīng)該未雨綢繆，從計算及構(gòu)造等各個方面都要采取一些有助于提高抗震能力的措施，不利于抗震的作法則應(yīng)盡量避免。剛度均勻、對稱是減小地震在結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生不利影響的重要手段；延性設(shè)計則能有效地防止結(jié)構(gòu)在地震作用下發(fā)生脆性破壞；多道設(shè)防思想能使建筑在特大地震作用下次要的構(gòu)件先破壞，消耗一部分地震能量。這些抗震設(shè)防思想在整個設(shè)計過程中都應(yīng)該作為概念設(shè)計的重要指導(dǎo)思想。

5 結(jié)論

結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化技術(shù)是房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要設(shè)計技術(shù)，作為設(shè)計師，必須合理有效的利用結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化技術(shù)，將結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化技術(shù)有效地運用到房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中，讓房屋結(jié)構(gòu)更加合理，安全。

參考文獻

[1]諸宏博，李蓉櫻，程數(shù). 多層混合結(jié)構(gòu)建筑抗震檢測鑒定[J]. 浙江建筑. 2011(02)

[2]徐峰. 高校教學(xué)樓設(shè)計實踐與思考[J]. 現(xiàn)代裝飾(理論). 2011(01)

[3]王廣輝. 淺析高層建筑中混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計[J]. 科技風(fēng). 2011(07)

[4]王懿. 淺析我國建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)發(fā)展[J]. 民營科技. 2011(10)

[5]韓建平，馮興科，柴巧利，楊軍平. 汶川地震受損底部框架砌體房屋的抗震鑒定與加固設(shè)計[J]. 土木工程與管理學(xué)報. 2011(03)

[6]閤東東，陳曦，苗啟松，李文峰.砌體結(jié)構(gòu)房屋加固足尺實驗?zāi)Ｐ蛿?shù)值模擬[J]. 土木工程與管理學(xué)報. 2011(03)

[7]徐氫清. 高層房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計分析與探討[J]. 中國新技術(shù)新產(chǎn)品. 2011(20)

[8]潘勝志. 淺談教學(xué)樓建設(shè)中的抗震性考慮[J]. 科技資訊. 2010(14)