楊為

摘要：現(xiàn)代社會不斷發(fā)展大環(huán)境下，土地資源利用和規(guī)劃制度不斷完善，加上土地資源緊缺導(dǎo)致價格上漲，給建筑工程項目開發(fā)設(shè)計施工帶來了多方面挑戰(zhàn)。同時人們對建筑多方面設(shè)計要求越來越高，建筑產(chǎn)品質(zhì)量、美觀度以及舒適度等成為備受關(guān)注的要點。房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計需要保證建筑房屋安全性、實用性、美觀性和經(jīng)濟(jì)性，還需要滿足現(xiàn)代節(jié)能生態(tài)要求，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計因此成為急需提升技術(shù)水平的重要工作。本文重點分析建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法技巧和要點，對其在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用提出相關(guān)合理化建議，以供建筑設(shè)計工作者參考。

關(guān)鍵詞：建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計;優(yōu)化方法;房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計;應(yīng)用

一、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的意義

（一）有利于工程造價控制。建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化中重點優(yōu)化目標(biāo)就是方案落實成本，也就是說可以通過對建筑結(jié)構(gòu)方案進(jìn)行具體分析，對不合理地方進(jìn)行優(yōu)化，有利于獲得材料損耗更低、人工成本更合理的設(shè)計方案。尤其在建筑施工過程中，因為有科學(xué)設(shè)計方案作為指導(dǎo)，現(xiàn)場施工設(shè)備搭配、工藝流程結(jié)合將更科學(xué)。這都將便于全工程工程造價控制管理，可靠數(shù)據(jù)表明，我國相關(guān)行業(yè)中，進(jìn)行了設(shè)計優(yōu)化的工程總造價可以減少10%左右。

（二）有利于提升建筑綜合性能。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化過程會對建筑設(shè)計方案進(jìn)行多元素分析，包括建筑施工難度、工藝先進(jìn)性、后續(xù)建筑功能系統(tǒng)配置等都與設(shè)計方案息息相關(guān)。結(jié)合這些方面考慮，建筑結(jié)構(gòu)會充分保證基礎(chǔ)安全和質(zhì)量，同時有利于建筑多種功能發(fā)揮。例如，當(dāng)今建筑行業(yè)中至關(guān)重要的節(jié)能性指標(biāo)當(dāng)中，保溫外墻、水循環(huán)系統(tǒng)、自然采光通風(fēng)系統(tǒng)等，都需要通過建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化團(tuán)隊結(jié)合實際情況進(jìn)行優(yōu)化。這個過程能夠彌補原有設(shè)計方案存在的缺陷和不足之處，全面提升建筑經(jīng)濟(jì)性、實用性和安全性。

二、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法概述

一個建筑項目若想同時兼顧功能、質(zhì)量和美觀度，則需要將外觀設(shè)計和結(jié)構(gòu)設(shè)計有機(jī)結(jié)合起來，其中結(jié)構(gòu)設(shè)計是建筑項目施工建設(shè)的基礎(chǔ)，因此尤為重要。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化主要內(nèi)容包括建筑基礎(chǔ)設(shè)計、頂蓋系統(tǒng)、外墻系統(tǒng)等，設(shè)計優(yōu)化過程中，要從建筑項目實際情況出發(fā)，以滿足建筑功能需求為基礎(chǔ)，縮小建筑質(zhì)量中心與剛度差距，確保建筑結(jié)構(gòu)承載方向均衡性?？傮w來說，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法朱亞歐有以下幾種：

（一）模型建設(shè)。模型建設(shè)主要從影響建筑設(shè)計方案水平的相關(guān)因素入手，對相關(guān)變量分析提取，利用計算機(jī)系統(tǒng)建立函數(shù)模型，再結(jié)合成熟數(shù)據(jù)模型系統(tǒng)，規(guī)劃更優(yōu)設(shè)計方案。建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的模型建設(shè)需要以主要影響因素作為設(shè)計變量，次要影響因素作為預(yù)定參數(shù)，以此減小設(shè)計優(yōu)化程序復(fù)雜程度。同時，需要將預(yù)定參數(shù)中建筑切面尺寸相關(guān)函數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)識，以便支持造價單位做好總費用成本把控。

（二）計算方案優(yōu)化。建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計主要是提升建筑建設(shè)方案可靠性，其中涉及到的變量和影響因素較多，且相關(guān)數(shù)據(jù)繁多且復(fù)雜。那么優(yōu)化過程有必要將限制性問題轉(zhuǎn)化為無限定性問題，進(jìn)而采用Powell算法或拉氏乘子法等計算方法進(jìn)行優(yōu)化計算。

二、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)用分析

建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)用，是現(xiàn)代高水平建筑設(shè)計行業(yè)提出的新要求，其不僅能讓房屋結(jié)構(gòu)和整體品質(zhì)達(dá)到更優(yōu)狀態(tài)，同時還能優(yōu)化成本體系，提升造價管理水平，進(jìn)而展現(xiàn)更優(yōu)經(jīng)濟(jì)效益及社會效益。下面從建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中的前期設(shè)計、抗震設(shè)計和設(shè)計改造等方面入手分析：

（一）房屋前期設(shè)計階段。建筑項目前期設(shè)計關(guān)乎房屋整體投入和成本，目前在很多房屋建筑項目當(dāng)中，前期設(shè)計過程中沒有很好利用優(yōu)化方法，使得結(jié)構(gòu)設(shè)計缺乏科學(xué)性和實用性。甚至部分項目中，開始施工之后才發(fā)現(xiàn)不合理之處，導(dǎo)致施工進(jìn)度被耽擱，造成相關(guān)經(jīng)濟(jì)損失。因此需要利用建筑設(shè)計優(yōu)化方法，對前期結(jié)構(gòu)設(shè)計方案進(jìn)行審核優(yōu)化，確保項目籌備階段整體設(shè)計充分考慮到各方面因素，為項目后續(xù)造價管理、施工執(zhí)行、建成應(yīng)用打下堅實基礎(chǔ)。

（二）抗震設(shè)計。房屋抗震設(shè)計主要需要考慮自然地震和內(nèi)部建筑設(shè)備震動影響，各個地區(qū)房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計都需要充分考慮當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)條件，且要達(dá)到當(dāng)?shù)刈畹涂拐饦?biāo)準(zhǔn)。同時，現(xiàn)代房屋功能性需求越來越豐富，各類設(shè)備產(chǎn)生的震動也容易影響建筑整體穩(wěn)定性和居民舒適度。而抗震設(shè)計無數(shù)據(jù)參考情況下，實際計算結(jié)果往往與設(shè)計方案有一定差異，因此有必要利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計中的概念設(shè)計方法。具體做法是充分調(diào)取和參考以往數(shù)據(jù)，結(jié)合結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計方法，得出最佳設(shè)計數(shù)據(jù)和方案。在設(shè)計優(yōu)化過程中，重視結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)性設(shè)計，采用有利于提升抗震性能的細(xì)節(jié)設(shè)計技巧。例如，如果房屋結(jié)構(gòu)中異形板在轉(zhuǎn)角等位置容易發(fā)生形變破裂情況，則需要優(yōu)化鋼筋選用方案，在保證成本合理前提下，選用極限拉力較強的鋼筋材料。

（三）房屋地基設(shè)計。地基作為整個房屋的基礎(chǔ)，其在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中占據(jù)重要地位，因此建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化工作需要在這方面引起重視。隨著現(xiàn)代建筑建造技術(shù)發(fā)展，建筑地基結(jié)構(gòu)和類型都有所不同，其主要影響因素包括建筑規(guī)模和具體功能需求。房屋地基設(shè)計優(yōu)化需要從實際情況出發(fā)，尤其要制定科學(xué)地質(zhì)情況勘探方案，結(jié)合科學(xué)方法得出房屋地基所處地質(zhì)條件準(zhǔn)確信息數(shù)據(jù)。再結(jié)合相關(guān)數(shù)據(jù)，以優(yōu)化造價管理水平為宗旨進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。例如，若地基結(jié)構(gòu)方案采用地樁結(jié)構(gòu)，那么需要科學(xué)測算其受力情況，考察不同地樁材料和形狀，尋求最優(yōu)設(shè)計和材料應(yīng)用方案，上部結(jié)構(gòu)和地基材料、地基結(jié)構(gòu)設(shè)計充分結(jié)合，保證了房屋基礎(chǔ)穩(wěn)定和可靠。

（四）重視節(jié)能指標(biāo)?，F(xiàn)代建筑建造尤其重視其相關(guān)經(jīng)濟(jì)效益，特別是建筑節(jié)能性與建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計水平息息相關(guān)。因此，在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化過程中，需要重點考慮結(jié)構(gòu)和選用材料工藝符合節(jié)能性要求。例如，當(dāng)前常見房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計類型主要包括框架結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)以及二者結(jié)合結(jié)構(gòu)，其中框架結(jié)構(gòu)柱截面較大，容易影響建筑內(nèi)部空間使用體驗，剪力墻結(jié)構(gòu)則具備較好抗震性能，且對材料類型和施工工藝要求較低;而剪力墻和框架結(jié)構(gòu)設(shè)計方案結(jié)合的工藝則同時具備較好抗震性能和抗側(cè)力效果。顯然，三種方案都各有優(yōu)缺點，因此設(shè)計優(yōu)化工作重點就是根據(jù)實際情況和后期需求，靈活合理利用這些設(shè)計方案，保證房屋品質(zhì)和經(jīng)濟(jì)效益。

四、結(jié)束語

總而言之，人們對所居住和工作的建筑房屋要求也在逐步提升，除了關(guān)注建筑質(zhì)量、安全、功能性以外，人們也越來越關(guān)心建筑結(jié)構(gòu)合理性、整體經(jīng)濟(jì)性以及審美設(shè)計水平。為了滿足這一時代要求，建筑設(shè)計師有必要充分結(jié)合建筑結(jié)構(gòu)和外觀設(shè)計，為建筑質(zhì)量、施工難度、視覺效果、生態(tài)節(jié)能等要素提供支持。只有這樣，才能全面保障建筑綜合品質(zhì)，并推動建筑設(shè)計和建造行業(yè)水平不斷提升。

（作者單位：中信建筑設(shè)計研究總院有限公司）