胡甜甜

摘 要：隨著人們對房屋建筑要求的不斷提高，房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計也越來越多樣化。在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，設(shè)計人員不斷創(chuàng)新設(shè)計觀念與方法，優(yōu)化設(shè)計技術(shù)，以盡量提高房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計的可靠性、合理性與經(jīng)濟性，為房屋建筑的使用者提供美觀、實用、安全、舒適的房屋建筑。

關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化技術(shù)；房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計；應(yīng)用策略

近年來，不斷上漲的土地價格給開發(fā)商的建筑總成本控制帶來了極大的壓力，同時，人們對于居住條件及生活環(huán)境的要求不斷提高，相應(yīng)建筑產(chǎn)品的品質(zhì)要求也就不斷提高，這就讓開發(fā)商不斷尋求新的手段滿足顧客需求，而降低工程造價就成為開發(fā)商追求的直接目標(biāo)，這就需要我們利用結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化設(shè)計技術(shù)方法，提高有限空間、有限資源的最大化效果發(fā)揮，實現(xiàn)經(jīng)濟化、實用性和適用性的良好目標(biāo)。

1 結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計追求適用、安全、經(jīng)濟、美觀和便于施工五種效果，而建筑設(shè)計優(yōu)化設(shè)計技術(shù)方法的應(yīng)用不但滿足了建筑美觀、造型優(yōu)美的要求又能使房屋結(jié)構(gòu)安全、經(jīng)濟、合理，成為實際意義上的”經(jīng)濟適用”房。從建筑上分析結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法，它主要體現(xiàn)在房屋工程分部結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計和房屋工程結(jié)構(gòu)總體的優(yōu)化設(shè)計量方面。進行結(jié)構(gòu)設(shè)計時，應(yīng)在滿足設(shè)計意圖后，盡量使平面布置規(guī)則，縮小剛度和質(zhì)量中心的差異，這樣水平荷載就不會使建筑物有太大的扭轉(zhuǎn)作用。豎直方向上應(yīng)避開使用轉(zhuǎn)換層，減少應(yīng)力集中現(xiàn)象。

1.1 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計模型

結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化就是在各種影響變量中選擇主要參數(shù)，并建立函數(shù)模型，運用科學(xué)合理的方法得出最優(yōu)解。結(jié)構(gòu)總體的優(yōu)化建立模型的大致步驟如下：一是設(shè)計變量的合理選擇。通常的設(shè)計變量選擇對設(shè)計要求影響較大的參數(shù)，將所涉及的參數(shù)按照各自的重要性區(qū)分，將對變化影響不大的參數(shù)定為預(yù)定參數(shù)，通過這種方法可減少很多計算編程的工作量。二、目標(biāo)函數(shù)的確定。使用函數(shù)找出滿足既定條件的最優(yōu)解。最后，約束條件的確定。房屋結(jié)構(gòu)可靠度優(yōu)化設(shè)計的約束條件，包括了應(yīng)力約束、裂縫寬度約束、結(jié)構(gòu)強度約束、尺寸約束、從正常時的極限狀態(tài)下彈性約束到終極狀態(tài)的彈塑性約束、從可靠指標(biāo)約束到確定性約束條件等。設(shè)計中，要保證各約束條件必須符合現(xiàn)行規(guī)范的要求。

1.2 結(jié)構(gòu)優(yōu)化計算方案

結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化設(shè)計多個變量、多個約束條件，屬于一個非線性的優(yōu)化問題，設(shè)定計算方案時，常將有約束條件轉(zhuǎn)變?yōu)闊o約束條件來計算。常用的方法有拉氏乘子法、符合型法、Powell等。完成計算方案的設(shè)定后只需編制相應(yīng)適用的運算程序即可得到我們的最終優(yōu)化結(jié)果。

2 房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化技術(shù)應(yīng)用中存在的問題

一般來說，房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計人員在進行房屋設(shè)計過程中，需要利用適宜的設(shè)計理念與設(shè)計方法，對房屋結(jié)構(gòu)的形勢、構(gòu)件尺寸、布局等進行科學(xué)地設(shè)計，從而滿足房屋結(jié)構(gòu)的設(shè)計需求。在建筑方案階段結(jié)構(gòu)設(shè)計就要進入配合，結(jié)構(gòu)設(shè)計的經(jīng)濟性是否合理在方案階段就決定了大部分。經(jīng)濟性不是“抽”鋼筋，不是為省鋼筋而省鋼筋，也不是犧牲結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性，是在保證結(jié)構(gòu)的安全，合理受力的前提下，并滿足規(guī)范要求的“低值”配筋。隨著設(shè)計技術(shù)的發(fā)展，房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化技術(shù)的應(yīng)用越來越廣泛，但是卻存在著一些問題需要設(shè)計人員提高重視。

首先，房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計受到多重因素的影響，致使設(shè)計人員在設(shè)計過程中，所優(yōu)化的目標(biāo)只能夠滿足一個或者幾個方面的要求，不能同時滿足整個工程的需求。設(shè)計人員利用計算機軟件來優(yōu)化房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計，同樣受到設(shè)計進度、建筑功能等因素的制約，使房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化目標(biāo)無法達(dá)到最佳。

其次，一些房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計人員在進行技術(shù)優(yōu)化過程中，通常是從小處著眼，即對房屋結(jié)構(gòu)的尺寸與構(gòu)件截面進行優(yōu)化，從而忽視了結(jié)構(gòu)尺寸與構(gòu)件截面在結(jié)構(gòu)整體中的作用。因此，在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化技術(shù)應(yīng)用中，不能僅僅優(yōu)化結(jié)構(gòu)的尺寸與構(gòu)件截面，還要考慮結(jié)構(gòu)的整體性，比如房屋周邊的梁柱截面有時候不是單純的為了滿足計算配筋的要求，而是保證結(jié)構(gòu)整體更好的抗扭能力，以保證房屋建筑整體的穩(wěn)定性與可靠性。

最后，隨著人們對房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計要求的不斷提高，房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中的變量也在不斷增加。因此，房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計人員必須提高重視，以提高優(yōu)化設(shè)計技術(shù)應(yīng)用的效率。但是，傳統(tǒng)的設(shè)計算法已經(jīng)不能滿足房屋優(yōu)化設(shè)計的要求，需要設(shè)計人員針對問題，提出創(chuàng)新的設(shè)計算法，以提高房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化技術(shù)應(yīng)用的有效性。

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)計與用地的關(guān)系

在多層或者高層住宅建筑中，各層建筑面積的總數(shù)就是整個工程的建筑總面積，因此，建設(shè)的樓房層數(shù)越多，單位面積上分?jǐn)偟姆课菝娣e就少。但是，同時建筑的層數(shù)增加對建筑房屋之間的樓間距是有影響的，并不是層數(shù)越多，產(chǎn)生的經(jīng)濟效益就越大。

3.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計與造價的關(guān)系

建筑的層數(shù)和單位建筑的面積造價是有直接的關(guān)系的，但是在影響的程度上是各有不同的。例如在樓頂?shù)牟糠郑驗椴还芙ㄔ於嗌賹拥臉?，都是只有一個樓頂，因此，樓頂?shù)慕ㄖ靸r并不是因為層數(shù)的增加而增加造價，而是隨著層數(shù)的增加樓頂單位面積的造價是下降的。但是在基礎(chǔ)的部分，各層是共用的，樓層越高，對于基礎(chǔ)部分的承載要求也越高，這就需要增加造價，以達(dá)到整體建筑的承載要求。另外，在承重部分，和基礎(chǔ)部分一樣，隨著樓層數(shù)的增加，對于承重的要求也提升，造價也會增加。

3.3 高層住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計與經(jīng)濟性的關(guān)系

住宅樓的樓層數(shù)和住宅樓的造價也是有直接的關(guān)系的，樓層數(shù)越多，整個工程的墻面面積以及支撐結(jié)構(gòu)的要求也越高，這就會增加基礎(chǔ)和承載結(jié)構(gòu)的造價，同樣建筑內(nèi)部的水電結(jié)構(gòu)管線也會增加，這些都是提升造價的地方。降低住宅樓的層數(shù)，不僅能夠減少建筑的成本，以及建筑附屬設(shè)施的成本，還可以節(jié)約土地，因為樓層低，日照好，樓間距會適當(dāng)?shù)目s小，單位土地面積上的利用率也會增加。

建筑的平面形狀對于建筑的成本也有一定的影響。在建筑面積相同的情況下，建筑的平面形狀在接近方形或者圓形的情況下，整個建筑的造價會降低。但是在設(shè)計的時候，需要考慮到建筑的使用方便，因此通常我們的單體建筑平面形狀都是設(shè)計成矩形，不僅降低了成本，還適合人體的視覺感官以及滿足了使用要求

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（概念設(shè)計優(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(xì)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)能在各種不期而遇的外部作用下不受破壞，或?qū)⑵茐某潭冉抵磷畹汀Ｒ虼?，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。故而，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)語

總而言之，房屋結(jié)構(gòu)作為房屋建筑的重要組成部分，在房屋建筑中起到支撐、保護的作用，房屋結(jié)構(gòu)的設(shè)計質(zhì)量直接影響到房屋建筑的質(zhì)量。

參考文獻

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