黃志行 / 廣東城協(xié)建筑規(guī)劃設(shè)計院有限公司清遠(yuǎn)分院

房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中優(yōu)化技術(shù)應(yīng)用探討

黃志行 / 廣東城協(xié)建筑規(guī)劃設(shè)計院有限公司清遠(yuǎn)分院

本文從房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中優(yōu)化技術(shù)應(yīng)用的作用入手，探討了房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中優(yōu)化技術(shù)的應(yīng)用，最后通過工程案例進(jìn)一步說明了房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中優(yōu)化技術(shù)應(yīng)用應(yīng)注意的問題及其應(yīng)用效果。

房屋建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計；優(yōu)化技術(shù)；防震；概念設(shè)計

一、房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中優(yōu)化技術(shù)應(yīng)用的作用

（一）房屋建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化目的

降低工程造價、提高建筑結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性是房屋建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化的主要目的。通過優(yōu)化技術(shù)的應(yīng)用，可節(jié)約大約達(dá) 25%成本，從而深入挖掘建筑資源的利用率，提高建筑企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，保證其可持續(xù)性發(fā)展。傳統(tǒng)的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計理念已很難滿足嚴(yán)峻的市場形勢，在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)用優(yōu)化方法，能充分挖掘材料性能，提高材料利用率，將安全、功能、經(jīng)濟(jì)、美觀相統(tǒng)一，從而實現(xiàn)房屋建筑的綜合效益。因此，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中的運(yùn)用是十分必要而現(xiàn)實的。

（二）結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化技術(shù)的作用

1、提升建筑的安全性

在房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化過程中，需要確保結(jié)構(gòu)的整體性與安全性，這是最為重要的一項原則。基于此，為了有效提升建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計質(zhì)量，必須優(yōu)化工程原有設(shè)計方案，并且還要及時修整、修改方案中存在的缺陷與不足，以有效規(guī)避結(jié)構(gòu)受力不合理等問題的發(fā)生。

2、減低工程造價

在進(jìn)行房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計工作時，不僅需要確保建筑整體質(zhì)量，還要重視建筑結(jié)構(gòu)施工成本，以實現(xiàn)建筑質(zhì)量與成本的最優(yōu)化目標(biāo)，確保施工企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益?；谖覈承?shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化之后的建筑設(shè)計方案能夠降低大約 10～30%的成本。此外，對建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計之后，不僅能夠有效提升其結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性，還可充分發(fā)揮建筑原材料性能，降低建筑施工成本。

二、房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中優(yōu)化技術(shù)的應(yīng)用

（一）建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化

1、選擇參數(shù)變量

在房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，為了確保自身設(shè)計思想的科學(xué)性，設(shè)計人員為通常會大量獲取與工程相關(guān)的參數(shù)，并將其作為變量。例如，常見的建筑工程目標(biāo)參數(shù)包括房屋價格參數(shù)、預(yù)期出現(xiàn)的損失參數(shù)等，在優(yōu)化設(shè)計環(huán)節(jié)中，設(shè)計人員需要充分分析可能出現(xiàn)的參數(shù)變化對整個工程的影響，再加上程度的復(fù)雜性，影響了正常的工程進(jìn)度。此情況下，在優(yōu)化分析環(huán)節(jié)中，如果設(shè)計人員能選擇變幅較小的參數(shù)或影響因素較少的參數(shù)作為設(shè)計指標(biāo)，則建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計、編程等工作的難度會明顯降低，設(shè)計人員也能快速找到目標(biāo)點展開設(shè)計。

2、確定函數(shù)

在進(jìn)行房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化工作時，設(shè)計人員往往會在諸多相似的函數(shù)中獲取目標(biāo)函數(shù)，例如在鋼結(jié)構(gòu)施工中，設(shè)計人員通常會選擇事先所設(shè)定好的房屋橫截面尺寸與鋼筋尺寸面積最符合的函數(shù)，并在對該組函數(shù)的性質(zhì)進(jìn)行細(xì)致分析的基礎(chǔ)上，嚴(yán)格控制鋼結(jié)構(gòu)項目的施工成本。

3、條件衡量

通常情況下，在進(jìn)行房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時，為了確保房屋建筑結(jié)構(gòu)的耐久性與穩(wěn)定性，在設(shè)計過程中，通常需要對房屋尺寸、結(jié)構(gòu)剛性、架構(gòu)穩(wěn)定性等諸多因素對房屋的影響進(jìn)行充分的考慮，并且還需要依據(jù)諸多設(shè)計要求，對施工條件進(jìn)行準(zhǔn)確的衡量，之后還要比較分析施工中的約束性條件與目標(biāo)，確保設(shè)計環(huán)節(jié)指標(biāo)能夠滿足質(zhì)量控制規(guī)范要求，實現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計目的。

（二）加強(qiáng)房屋建筑防震安全結(jié)構(gòu)設(shè)計

通常情況下，在房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，安全是一項最為基礎(chǔ)的要求，并且還是衡量建筑物整體質(zhì)量的重要指標(biāo)之一。在房屋日常使用過程中，往往會遇到諸多不可抗拒的外力因素，特別是沒有規(guī)律可循的地震，針對此，在進(jìn)行房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時，需要對其涉及的多方面因素進(jìn)行充分的考慮，特別是地震荷載作用，要進(jìn)行重點分析與研究，并且還要采取合理的措施，提升建筑設(shè)計或是構(gòu)造等層面的抗震性能。

當(dāng)前，我國建筑物結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計具有一些較為有效的設(shè)計方案，例如確保建筑物結(jié)構(gòu)的對稱性，此情況下，建筑物荷載承受維持均勻狀態(tài)，延性較大，結(jié)構(gòu)危險截面相對較少，或者是采用延性建筑房屋結(jié)構(gòu)，又或者是應(yīng)用多道設(shè)防理念，即為通過次要構(gòu)件對主要構(gòu)件進(jìn)行保護(hù)，以滿足建筑結(jié)構(gòu)抗震性能要求等。

（三）房屋基礎(chǔ)地基優(yōu)化設(shè)計

在房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，房屋地基具有十分重要的作用，為了確保結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，首先需要確保房屋建筑地基結(jié)構(gòu)設(shè)計的最優(yōu)規(guī)劃。近年來，隨著建筑行業(yè)的迅速發(fā)展，房屋地基設(shè)計由于建筑成品性能、具體形態(tài)間的差異，對地基具體標(biāo)準(zhǔn)要求也存在強(qiáng)弱差異。這就要求在進(jìn)行房屋建筑基礎(chǔ)地基設(shè)計時，依據(jù)建筑物實際情況，對地基實際勘測計劃進(jìn)行合理的制定。此外，在房屋建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計過程中，還要嚴(yán)格遵循節(jié)省工程造價的原則，如果地基設(shè)計基礎(chǔ)主要為地樁，此時應(yīng)當(dāng)依據(jù)建筑物實際受力情況，充分的、仔細(xì)的考察不同材質(zhì)的地樁，并通過對比，選用最佳的設(shè)計方案。

（四）概念設(shè)計優(yōu)化技術(shù)的應(yīng)用

對于優(yōu)化技術(shù)在房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用，應(yīng)對計算機(jī)設(shè)計與人工設(shè)計進(jìn)行有效的融合，而不是一味的依賴計算機(jī)設(shè)計軟件，從而充分發(fā)揮概念設(shè)計優(yōu)化技術(shù)在建筑物中的效果與作用。同時，在進(jìn)行建筑物各類建材的優(yōu)化選擇時，還應(yīng)當(dāng)對各類材料的缺陷與優(yōu)勢進(jìn)行充分的考慮，并且以人工方式進(jìn)行選擇。在結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)方面，設(shè)計人員應(yīng)當(dāng)依據(jù)項目設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行優(yōu)化利用，而非一味的依賴計算機(jī)分析，這主要是因為計算機(jī)雖然能夠?qū)Ω黝悢?shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的計算設(shè)計，但卻無法依據(jù)建筑物實際需求設(shè)計出完全滿足項目具體要求的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，這就要求對計算機(jī)進(jìn)行合理的應(yīng)用，并且還要將計算機(jī)技術(shù)與項目實際情況進(jìn)行合理的、有效的結(jié)合。此外，對于由計算機(jī)技術(shù)設(shè)計的建筑物最終設(shè)計方案，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計人員還需要對其進(jìn)行仔細(xì)的分析與適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)，以實現(xiàn)合理運(yùn)用概念設(shè)計優(yōu)化技術(shù)與計算機(jī)技術(shù)的目的。

三、實際工程案例分析

（一）工程概況

該工程項目為普通的商業(yè)樓，地上建筑6層，地下1層，整體結(jié)構(gòu)形式為鋼結(jié)構(gòu)框架剪力墻。在建筑項目建設(shè)初期階段，通過綜合考慮從施工現(xiàn)場的實際條件與業(yè)主要求，決定對整個工程項目進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，并且在優(yōu)化工程中積極采取計算機(jī)技術(shù)，以確保各項優(yōu)化措施的順利開展。

（二）前期參與

在該項目建設(shè)過程中，設(shè)計人員在整個工程前期階段就積極實施了工程優(yōu)化內(nèi)容，并且在依據(jù)項目具體要求與施工條件的基礎(chǔ)上，對整體建筑結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行了科學(xué)的選用，最大限度的實現(xiàn)了施工經(jīng)濟(jì)化目的。此外，在該項目建設(shè)過程中，設(shè)計人員重視自身與一線生產(chǎn)人員之間的交流，充分考慮一線人員對建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化的建議，確保各項結(jié)構(gòu)優(yōu)化措施能順利進(jìn)行落實。

（三）概念分析

通過對該房屋建筑項目結(jié)構(gòu)布局形式進(jìn)行綜合的考慮之后，在進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計工作時，對結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計與內(nèi)部結(jié)構(gòu)、概念設(shè)計進(jìn)行了有機(jī)的結(jié)合，也就是在設(shè)計環(huán)節(jié)中，根據(jù)建筑既有的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，提出了多種概念，并將其貫穿于整個項目的始終。例如在建筑抗震性能分析中，如果單方面依據(jù)數(shù)據(jù)公式進(jìn)行計算，則計算結(jié)構(gòu)不一定能夠真實反映建筑整體性能，而在概念設(shè)計思想的指導(dǎo)下，設(shè)計人員會將公式計算結(jié)果作為一種概念，然后根據(jù)這種概念逐步把握建筑抗震設(shè)計細(xì)節(jié)，從而實現(xiàn)提高建筑設(shè)計質(zhì)量的目的。

（四）效益分析

在該項目結(jié)構(gòu)設(shè)計中，通過優(yōu)化技術(shù)的應(yīng)用，其整體性能得到了有效的改善，且其工程造價比預(yù)期降低了 23.9%，由此可以看出，在該項目工程中，優(yōu)化技術(shù)獲得了良好的應(yīng)用效果。

四、結(jié)語

綜上，結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化技術(shù)在房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用，有效降低房屋建筑的工程造價，合理利用建筑施工材料，合理協(xié)調(diào)建筑內(nèi)部結(jié)構(gòu)，滿足人們對于房屋建筑的需求，大大提升房屋建筑的經(jīng)濟(jì)效益。

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