龍昌會

（銅仁市工程設(shè)計質(zhì)量監(jiān)督站 貴州銅仁　554300）

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

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（銅仁市工程設(shè)計質(zhì)量監(jiān)督站 貴州銅仁554300）

主要討論了建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用情況，以求為房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計提供理論指導(dǎo)。先從結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計模型、結(jié)構(gòu)計算方法兩方面入手，對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的相關(guān)內(nèi)容進行簡單闡述；再結(jié)合房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計的相關(guān)內(nèi)容，對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用情況進行分析。對相關(guān)工作人員而言，為能進一步提升房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計能力，需要在正確認識到建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計內(nèi)容的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計與建筑接受優(yōu)化的結(jié)合，為提高房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計質(zhì)量奠定基礎(chǔ)。

建筑結(jié)構(gòu)；房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計；應(yīng)用

隨著人們生活水平不斷提高，居民對生活質(zhì)量提出更高的要求，在房屋建設(shè)中，不僅要求房屋能滿足其生存、生活的需求，還應(yīng)具備一定的經(jīng)濟性與美觀性。但在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中，設(shè)計人員出于對施工便利性的考慮，通常會適當(dāng)簡化建筑結(jié)構(gòu)，保證能在規(guī)定時間內(nèi)完工。因此，在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，應(yīng)該采取相應(yīng)的優(yōu)化方法，在滿足人們經(jīng)濟性、實用性要求同時，使建筑更加美觀。本文將以此為背景，對建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用情況進行簡單分析。

1　結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的基本方法

所謂結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化，就是在建筑設(shè)計的過程中，采用科學(xué)、先進的理念，不斷剔除多余功能，使建筑在各方面都能達到最好的功能效果。在現(xiàn)階段的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的過程中，需要將整體結(jié)構(gòu)設(shè)計作為重點，并重視房屋屋頂、細節(jié)結(jié)構(gòu)、外圍等內(nèi)容的設(shè)計，使建筑結(jié)構(gòu)更具有合理性。

1.1結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計

在結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計過程中，主要是在眾多變量中得到最優(yōu)化參數(shù)，并建立相應(yīng)的結(jié)構(gòu)模型。一般情況下，結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的基本流程如圖1所示。

圖1　建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化的基本流程圖

其中，在變量選擇中，主要確定具有重要影響的數(shù)據(jù)，并將其稱之為變量，其包括影響該工程控制級約束參數(shù)的相關(guān)要素，包括房屋價格要素、預(yù)期損失要素等。在工作中，工作人員主要通過合理控制參數(shù)變化幅度，保證整個工程質(zhì)量控制都處在合理范圍內(nèi)，進一步減少建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中出現(xiàn)的圖紙計算、編程管理等工作的難度，為工作人員快速確定與設(shè)計目標(biāo)相一致的數(shù)據(jù)奠定基礎(chǔ)。在確定函數(shù)過程中，工作人員通常將整個工程項目設(shè)為多個函數(shù)，通過不同函數(shù)項目的組合來達到質(zhì)量控制的目的。例如，設(shè)計人員會根據(jù)房屋橫截面尺寸、鋼筋數(shù)據(jù)等函數(shù)，選擇與本次工程質(zhì)量控制相符合的函數(shù)組合，再通過分析函數(shù)性質(zhì)，最終達到降低房屋價格的目的。在條件衡量中，設(shè)計人員主要根據(jù)結(jié)構(gòu)的基本特點（包括房屋結(jié)構(gòu)耐用性、結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性等），確定房屋設(shè)計過程中的約束條件，最終制定工程多個施工項目的基本參數(shù)。在設(shè)計工作中，設(shè)計人員需要以房屋建筑工程的實際情況進行分析，在充分認識到各種約束條件的影響下，不斷優(yōu)化各項條件，確保相關(guān)結(jié)構(gòu)的合理性。

1.2計算方法

在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中，會涉及到大量計算過程中，同時，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的背景下，這些計算過程會更加復(fù)雜。這就要求工作人員在數(shù)據(jù)演算過程中，充分認識到約束問題中不附帶約束條件的問題，保證能在較短時間內(nèi)得到計算結(jié)果。

一般在計算過程中，主要采用復(fù)合形法來求解最優(yōu)化問題，該算法能有效解決約束化問題，且對目標(biāo)函數(shù)的需求不苛刻。以標(biāo)準(zhǔn)施工環(huán)境為例，在確定復(fù)合點點數(shù)目時，點數(shù)k的取值范圍為（n+1）≤k≤2n，其中，n代表設(shè)計變量的個數(shù)，設(shè)計人員就是通過不斷減少計算量，積極需求一種最優(yōu)化解法。

2　建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計方法的實際應(yīng)用分析

（1）合理確定變量

在選擇變量之前，設(shè)計人員需要充分認識到影響建筑結(jié)構(gòu)整體質(zhì)量的相關(guān)因素，并將建筑本身結(jié)構(gòu)作為重要參數(shù)。例如，部分設(shè)計人員在設(shè)計過程中，會嚴格控制目標(biāo)的內(nèi)在參數(shù)（主要指建筑損失期望值、建筑結(jié)構(gòu)造價值等）；在建筑約束參數(shù)設(shè)計過程中，通常會將建筑結(jié)構(gòu)的相對可靠度作為重要數(shù)據(jù)；在處理一些對建筑結(jié)構(gòu)影響不大，或變化范圍較小的參數(shù)時，通常會通過預(yù)定式參數(shù)進行表達。經(jīng)過上述處理，能有效減少計算量，提高工作效率。

（2）確定目標(biāo)函數(shù)

在建立建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型的過程中，需要找到能滿足預(yù)定條件的相關(guān)要求，并統(tǒng)計相關(guān)項目中已經(jīng)失效的概率函數(shù)，通過在函數(shù)選擇中積極剔除已經(jīng)失效的概率函數(shù)，最終確定目標(biāo)函數(shù)。

（3）明確本次工程中的約束條件

根據(jù)具有較高實用性的房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計內(nèi)容優(yōu)化模型，并結(jié)合上文中提到的復(fù)合形法解決問題，使其能成為一個工作效率高、性能全面的應(yīng)用程序，保證整個優(yōu)化設(shè)計能全面有效的實施。

（4）綜合結(jié)果分析

魯迅生平展覽廳中，陳列了很多魯迅的名言。比如：“當(dāng)我沉默著的時候，我覺得充實；我將開口，同時感到空虛?！姨谷?，欣然。我將大笑，我將歌唱?！痹偃纾骸拔矣纸?jīng)驗了一回同一戰(zhàn)陣中的伙伴還是會這么變化，并且落得一個作家的頭銜，依然在沙漠中走來走去?！灰驗槌闪擞斡拢疾怀申嚵?，所以技術(shù)雖然比先前好一些，思路也似乎較無拘束，而戰(zhàn)斗的意氣卻冷得不少。新的戰(zhàn)友在哪里呢？我想，這是很不好的。”

在獲得計算結(jié)果后，將計算結(jié)果與工程中一個重要的項目進行比較與分析，最終折中選取最佳的設(shè)計方案。在該步驟處理中，其對整個建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的影響十分明顯，設(shè)計人員一直主張以具有良好實用性的設(shè)計來保證建筑具有美觀感與經(jīng)濟性，并適當(dāng)影響工程資金。

同時在設(shè)計過程中，不能因為節(jié)約經(jīng)濟成本而忽視對建筑技術(shù)的要求，而是要以一種更加全面有效的方法分析房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計流程，保證結(jié)構(gòu)設(shè)計能達到預(yù)期目標(biāo)。

2.2確定優(yōu)化內(nèi)容

（1）房屋整體結(jié)構(gòu)優(yōu)化

在房屋整體結(jié)構(gòu)優(yōu)化的過程中，應(yīng)該將整個房屋優(yōu)化過程確立為一個整體，并建立與之相適應(yīng)的數(shù)學(xué)模型。在優(yōu)化過程中，工作人員可以將影響結(jié)構(gòu)質(zhì)量的相關(guān)因素作為設(shè)計變量元素，一般情況下，這些元素主要包括：結(jié)構(gòu)造價因素、結(jié)構(gòu)安全性因素、應(yīng)力約束與彈性約束因素等。同時，還應(yīng)該建立房屋的整體模型，通過嚴格控制相關(guān)參數(shù)，并確定房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計約束條件，得到最優(yōu)化的計算結(jié)構(gòu)。這種方法科學(xué)、簡單，并且運算效率更高。但需要注意的是，在房屋整日結(jié)構(gòu)優(yōu)化中，可能會涉及到大量的運算，這就需要工作人員能根據(jù)優(yōu)化結(jié)構(gòu)模式，在充分分析其他計算方法的基礎(chǔ)上，對這些計算公式進行確認，并找出其中的不完善之處，保證整體結(jié)構(gòu)具有完整性。

（2）房屋分布結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計

在房屋分布結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化中，其重點處理房屋結(jié)構(gòu)中的荷載、鋼筋混凝土等基本結(jié)構(gòu)，并對這些結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化處理，確保其能滿足質(zhì)量控制的要求。例如，在房屋基礎(chǔ)拉梁結(jié)構(gòu)，工作人員需要考慮結(jié)構(gòu)的設(shè)計高度、層數(shù)等，并以此為基礎(chǔ)預(yù)判其抗震性與穩(wěn)固性。之后，對基礎(chǔ)樁基與基礎(chǔ)拉墻的配筋比例進行確定，保證樁基與拉梁基礎(chǔ)基本一致。最后，要充分認識到施工土地周圍的地質(zhì)情況、氣候條件等。

從當(dāng)前房屋的基本結(jié)構(gòu)形式來看，在設(shè)計建造房屋的鋼筋混凝土和剪力墻結(jié)構(gòu)時，準(zhǔn)則方法的設(shè)計步驟是經(jīng)常會被采用的步驟。對結(jié)構(gòu)整體受力和部件受力狀況進行預(yù)先演算，通過核定其單元截面上的受力優(yōu)化來不斷推進，從而得出結(jié)構(gòu)上的整體優(yōu)化。通過這種方法，設(shè)計師能夠在其輔助下找出最合適、最低以及最安全穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)設(shè)計。

（3）建筑主體上部結(jié)構(gòu)優(yōu)化

在房屋建筑上部結(jié)構(gòu)優(yōu)化過程中，應(yīng)建立適當(dāng)?shù)哪Ｐ?，并以模型為基礎(chǔ)開展系統(tǒng)性優(yōu)化。整個優(yōu)化過程的第一步，就是保證整個所設(shè)置的剪切墻合理，且整個墻體質(zhì)量均勻，保證整個樓層中平片剛度的中心點能與樓層墻體結(jié)構(gòu)中心相重合，進而降低地震等對建筑的影響。在施工過程中，若施工條件允許，可以對剪力墻實現(xiàn)大開間構(gòu)造，通過進一步加強剪力墻墻肢長度，減少墻肢數(shù)量，也能有效降低混凝土的使用數(shù)量。

（4）建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化協(xié)調(diào)

在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，要保證建筑整體結(jié)構(gòu)能與整體平面緊密的聯(lián)系在一起，保證建筑本身美觀，且結(jié)構(gòu)合理。在建筑系統(tǒng)設(shè)計中，要盡量保證系統(tǒng)結(jié)構(gòu)嫁接，且墻體與支柱不能出現(xiàn)錯位現(xiàn)象，并保證高度與截面面積相同。在樓體設(shè)計中，對于自身受力結(jié)構(gòu)較多的區(qū)域，應(yīng)選擇高強建材為承重材料，進而有效減低自重。

3　結(jié)束語

主要討論了建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用情況。對相關(guān)工作人員而言，在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的過程中，需要正確認識到建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的基本方法，并在充分認知不同房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計整體要求的基礎(chǔ)上，對其做適當(dāng)?shù)膬?yōu)化處理，確保其具有良好的應(yīng)用價值，最終提高房屋質(zhì)量，滿足人們?nèi)找嬖鲩L的需求。

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1673-0038（2015）20-0025-02

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