王 鵬（唐山市規(guī)劃建筑設(shè)計研究院，河北 唐山063000）

隨著近年來社會的迅速發(fā)展，土地制度也在不斷健全與完善，伴隨著土地資源需求量的增多，為緩解土地資源緊張的局勢，其土地價格也在迅速上漲。此種資源背景不僅給房產(chǎn)開發(fā)工作帶來了一定的壓力，同樣也在一定程度上影響了建筑成本的控制。當(dāng)前，人們對房屋建筑設(shè)計的要求也越來越高，建筑產(chǎn)品的質(zhì)量成為了大多數(shù)社會群體廣泛關(guān)注的問題。房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要設(shè)計理念是在保障房屋實用性、安全性、經(jīng)濟、美觀的前提下，來達到空間的最優(yōu)配置，實現(xiàn)資源的最佳利用。以下主要介紹建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的方法及其在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用。

1 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中的具體應(yīng)用方法

一個集功能與審美一體化的成功建筑必須是將結(jié)構(gòu)設(shè)計與外觀設(shè)計相結(jié)合的產(chǎn)物。其中建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計則是設(shè)計工作中的重中之重，建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計主要包括房屋的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計、房屋頂蓋系統(tǒng)的優(yōu)化系統(tǒng)、房屋周圍護欄方面的方案優(yōu)化設(shè)計及其他結(jié)構(gòu)細節(jié)部分的優(yōu)化設(shè)計。在對房屋結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設(shè)計時，首先需要從房屋建筑的實際情況出發(fā)，從整體效應(yīng)方面去考慮，在確保設(shè)計滿足功能性要求后，對平面布置的規(guī)模進行設(shè)置，將建筑質(zhì)量中心與其剛度之間的差距縮小，均衡力度的承載方向。以下主要簡單地介紹建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的模型及其具體的優(yōu)化計算方案。

1.1 設(shè)計模型

建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的模型建設(shè)主要是將影響結(jié)構(gòu)最優(yōu)設(shè)計的具體參數(shù)發(fā)掘出來，并將相關(guān)變量的參數(shù)提煉出來，建立出初步設(shè)計的函數(shù)模型。并將其通過合理性的計算方案，規(guī)劃出最佳的設(shè)計方案。建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的模型建立第一步，首先需要選擇選擇影響整體設(shè)計的主要因素作為設(shè)計變量，將影響并不大的變量作為預(yù)定參數(shù)，從整體上減少設(shè)計程序的工作冗余。其次，將預(yù)定參數(shù)中建筑切面的尺寸及涉及到其截面積的相關(guān)數(shù)據(jù)函數(shù)表示出來，以控制總費用成本為目的。再次，制定好約束設(shè)計的條件。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的約束條件包括具體房屋的尺寸規(guī)劃、結(jié)構(gòu)的整體強度、預(yù)應(yīng)力的相關(guān)參數(shù)限制、變形情況的規(guī)定等方面。在進行約束條件規(guī)劃時需要遵照設(shè)計結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案要滿足房屋構(gòu)造實際的標(biāo)準(zhǔn)，確保各項約束條件能夠滿足實際操作要求，以此來達到最優(yōu)設(shè)計。

1.2 優(yōu)化計算方案

建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法主要是一種根植于可靠度的房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計方案。其中變量較多，各類數(shù)據(jù)比較復(fù)雜。一般而言，在規(guī)劃計算方案時常習(xí)慣將限制性的問題轉(zhuǎn)化為無限定性的問題。在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中的優(yōu)化計算方案一般可以采取拉氏乘子法、Powell算法等。

2 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中的實際應(yīng)用

將建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計方法應(yīng)用于房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中，不僅能夠降低工程投入成本，同樣可以做到使房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計達到最優(yōu)配置，體現(xiàn)巨大的經(jīng)濟效益與社會效應(yīng)。通常來說，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法一般應(yīng)用于房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計的前期設(shè)計環(huán)節(jié)、結(jié)構(gòu)內(nèi)部抗震設(shè)計、舊房屋的整體改造等方面。

2.1 前期設(shè)計環(huán)節(jié)

房屋結(jié)構(gòu)的前期設(shè)計環(huán)節(jié)是影響房屋經(jīng)濟性設(shè)計的重要方面，它會對項目的總投資資金造成影響。當(dāng)前，在房屋設(shè)計方面存在的普遍的問題便是在前期環(huán)節(jié)并沒有將建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的方法應(yīng)用其中，在設(shè)計前期并沒有考慮到結(jié)構(gòu)設(shè)計的科學(xué)性與合理性，甚至部分情況下，會對房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計造成負面影響。因此，必須在前期設(shè)計環(huán)節(jié)將建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計方法應(yīng)用其中，選擇較為合理、可行的結(jié)構(gòu)形式，策劃合理的設(shè)計方案，在設(shè)計初始時期保障設(shè)計的合理性，為整體設(shè)計創(chuàng)造較好的開端。

2.2 抗震概念設(shè)計

在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法主要應(yīng)用于無具體數(shù)據(jù)參數(shù)指標(biāo)的抗震設(shè)計情況。將抗震設(shè)防烈度作為設(shè)計案例，正是由于其發(fā)生具有較大的不確定性，實際計算情況通常會與預(yù)定設(shè)計情況產(chǎn)生差異，因此需要采取結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計中的概念設(shè)計方案。將以往的數(shù)據(jù)作為輔助考察依據(jù)，在具體設(shè)計過程中，將建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計方法靈活運用于設(shè)計中，以期達到最佳設(shè)計值。另外，在保障宏觀設(shè)計滿足要求的同時還需要注重結(jié)構(gòu)細節(jié)的設(shè)計。將房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計細節(jié)中現(xiàn)澆板的選用作為具體設(shè)計要求，若其異形板在拐角末端較易產(chǎn)生斷裂情況，設(shè)計時則需要考慮鋼筋選擇的范圍，在投入成本相當(dāng)?shù)那闆r下，選用極限拉力較強、能夠滿足塑性要求的鋼筋材料。若現(xiàn)行規(guī)劃的現(xiàn)澆板所選用的材質(zhì)是在受力方面有較強功能的，此時為保障塑性要求，則可選擇冷軋帶肋式的鋼筋材料。保障在內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計時，現(xiàn)澆板外部里面的配置鋼筋材料能夠滿足結(jié)構(gòu)優(yōu)化的具體條件，不僅能夠為建筑安全設(shè)計提供保障，同樣也可以達到經(jīng)濟性控制的目的。

2.3 房屋基礎(chǔ)地基優(yōu)化設(shè)計

房屋地基作為其結(jié)構(gòu)設(shè)計的關(guān)鍵，為達到優(yōu)化設(shè)計的目的，首先需要確保其地基結(jié)構(gòu)設(shè)計的最優(yōu)規(guī)劃。隨著建筑行業(yè)的飛速發(fā)展，房屋地基設(shè)計也正根據(jù)其建筑成品的功能、具體形態(tài)不同，其對地基的具體標(biāo)準(zhǔn)要求也存在著強弱差異，基于房屋基礎(chǔ)地基設(shè)計更需要從其實際情況出發(fā)，設(shè)定好地基實際勘測計劃，在結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計時，秉承節(jié)省工程造價的原則，若地基設(shè)計主要以地樁為基礎(chǔ)，則需要根據(jù)實際受力情況，對不同材質(zhì)的地樁進行考察，選擇最佳的設(shè)計方案。

2.4 選擇節(jié)能指標(biāo)較高的結(jié)構(gòu)設(shè)計類型

將建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方案應(yīng)用于房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中主要是為了在降低工程造價的基礎(chǔ)上，提升房屋建成后的整體效益。因此，需要選擇節(jié)能指標(biāo)較高的結(jié)構(gòu)設(shè)計類型。常規(guī)設(shè)計中主要有三種房屋結(jié)構(gòu)形式，分別為短肢剪力墻結(jié)構(gòu)、框架結(jié)構(gòu)及框架與剪力墻融合的結(jié)構(gòu)模型。第一種結(jié)構(gòu)設(shè)計的抗震性能較高，且并不需要較多材料的選用，第二中結(jié)構(gòu)設(shè)計由于其柱截面較大會影響房屋內(nèi)部家具的布置，而第三種結(jié)構(gòu)綜合適應(yīng)能力較強，抗震效果好，且抗測力效果較為明顯。三種結(jié)構(gòu)類型均有其自身存在的優(yōu)缺點，在選擇最優(yōu)設(shè)計方案時同時需要從房屋實際需求出發(fā)，將造價與后期效益均納入考慮的范疇，據(jù)實際情況選擇最佳設(shè)計方案。

3 結(jié)束語

總之，將建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法應(yīng)用于房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中，主要是為了達到降低工程總造價、提高建筑結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟性的目的。在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中，選擇最為合理、科學(xué)的建筑材料，在前期設(shè)計、概念設(shè)計、下部地基基礎(chǔ)設(shè)計中應(yīng)用最優(yōu)設(shè)計方法，不僅能夠使建筑物實現(xiàn)審美價值與功能性的統(tǒng)一，同時能夠從整體上節(jié)省房屋工程建造成本，實現(xiàn)良好的經(jīng)濟、社會效益，較好地迎合了當(dāng)前科學(xué)發(fā)展觀、可持續(xù)發(fā)展理念的要求。

[1]鄭智垚，樂肖軍.結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化設(shè)計技術(shù)與其在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品,2011(02).

[2]孫有果.結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化技術(shù)在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中的具體應(yīng)用探討[J].科技致富導(dǎo)向,2011(08).

[3]曲浩.淺談結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化設(shè)計技術(shù)與其在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用[J].科技與企業(yè),2013(04).

[4]陳俊.淺談結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化設(shè)計技術(shù)與其在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用[J].科技致富導(dǎo)向,2013(01).

[5]佟月強，郝明.試論結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化技術(shù)及在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用[J].科技與企業(yè),2012(04).