張雪鵬

（山西省建筑設(shè)計研究院有限公司，山西太原 030013）

0 引言

隨著社會經(jīng)濟的迅速發(fā)展，如今，人們的經(jīng)濟條件、生活質(zhì)量與生活水平得到明顯的提高，從而對生活環(huán)境也提出更高的要求。基于時代進步及社會發(fā)展要求，如今房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，往往會在確保質(zhì)量、安全的基礎(chǔ)上，開展結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，以實現(xiàn)降低成本、節(jié)能減排及提高建筑物使用功能的目標[1-9]。

1 房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化

1.1 建筑結(jié)構(gòu)模型的優(yōu)化

在對建筑進行設(shè)計時，應(yīng)優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計，首先應(yīng)對結(jié)構(gòu)模型的設(shè)計進行優(yōu)化處理。結(jié)構(gòu)模型優(yōu)化，可從變量、計算函數(shù)和邊界約束條件等方面進行優(yōu)化。在建立結(jié)構(gòu)模型時，應(yīng)首先從模型變量開始優(yōu)化處理。結(jié)合建筑結(jié)構(gòu)的實際情況，分析模型變量對結(jié)構(gòu)設(shè)計的影響因素，并對這些因素進行分析，最終在結(jié)構(gòu)模型中逐一體現(xiàn)。模型變量會對結(jié)構(gòu)設(shè)計造成較大影響，因此在進行結(jié)構(gòu)設(shè)計時，結(jié)構(gòu)設(shè)計人員應(yīng)對各種單一或復(fù)合因素進行綜合考衡，確保結(jié)構(gòu)設(shè)計滿足國家現(xiàn)行相關(guān)規(guī)范和實際需求。除此之外，在進行結(jié)構(gòu)設(shè)計時，將各種設(shè)計元素融入結(jié)構(gòu)優(yōu)化過程中，可有效降低結(jié)構(gòu)設(shè)計人員的工作量，一定程度上提高設(shè)計人員的工作效率。

1.2 建筑主體結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化

在進行結(jié)構(gòu)設(shè)計時，應(yīng)首先從安全角度出發(fā)，對建筑結(jié)構(gòu)的質(zhì)量進行保證，確保建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化后處于安全、穩(wěn)定的狀態(tài)。基于上述結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化理念，結(jié)構(gòu)優(yōu)化的原則是減少建筑用鋼量、減少承重結(jié)構(gòu)材料用量，但結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性和承載能力不受影響。建筑物的主體結(jié)構(gòu)是主要承重結(jié)構(gòu)，通過提高主體結(jié)構(gòu)的承載能力，實現(xiàn)建筑物抵抗外部環(huán)境的變化，如在地震力和風(fēng)荷載等水平荷載作用下，建筑物不會因此而發(fā)生傾斜或倒塌等。如對剪力墻結(jié)構(gòu)進行結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化時，應(yīng)主要對剪力墻體構(gòu)件進行優(yōu)化設(shè)計，確保剪力墻構(gòu)件的質(zhì)量均勻，分布規(guī)則，重心和形心的基本重合，外觀的規(guī)則，從而實現(xiàn)剪力墻結(jié)構(gòu)的受力均勻和抵抗荷載變形的能力。在設(shè)計時，可通過縮短剪力墻構(gòu)件的長度、相對增加剪力墻構(gòu)件數(shù)量等手段，減少用鋼量，實現(xiàn)剪力墻結(jié)構(gòu)的承載能力和穩(wěn)定性。剪力墻構(gòu)件中往往因構(gòu)造和承載的要求，需設(shè)置水平受力鋼筋和縱向分布鋼筋，確保剪力墻構(gòu)件承受足夠的水平荷載和豎向荷載。因此在對剪力墻構(gòu)件進行結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化時，應(yīng)在滿足正常承載的前提下，減少鋼筋用量，實現(xiàn)節(jié)約鋼材的目的。

1.3 房屋建筑細節(jié)的優(yōu)化

隨著市場經(jīng)濟的迅速發(fā)展，建筑行業(yè)也在蓬勃發(fā)展，但其市場競爭也日趨白熱化，現(xiàn)階段諸多企業(yè)在細節(jié)方面入手，來提高建筑物的質(zhì)量及美觀性，從而吸引消費者的青睞?；诖?，房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，開展結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的時候，也要注意對細節(jié)進行優(yōu)化，根據(jù)客戶要求，對房屋建筑的部分細節(jié)問題實施優(yōu)化、精細化處理。例如，在空調(diào)板設(shè)計中，應(yīng)根據(jù)客戶使用需求來開展設(shè)計，確保設(shè)計的空調(diào)板可以為空調(diào)安裝、維修等提供便利條件，并要保障其可以滿足建筑安全性能的要求。再如，在陽臺設(shè)計中，也要考慮客戶需求來開展設(shè)計，若是居住人員較多、成分復(fù)雜，則要考慮幼童安全，將陽臺高度設(shè)計為1.2m。房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，還有很多小細節(jié)，設(shè)計師應(yīng)對這些細節(jié)問題進行充分考慮，為客戶提供更多的便利。房屋建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計中，設(shè)計師也要充分考慮當?shù)貙嶋H情況來開展設(shè)計，適當采取一些節(jié)能設(shè)計措施，如考慮當?shù)貧夂?、天氣條件，對臥室的光照條件進行優(yōu)化設(shè)計，以減少照明時間，降低電能消耗。

1.4 排水管道系統(tǒng)的優(yōu)化

房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，對結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化進行應(yīng)用的時候，還可以對排水管道系統(tǒng)進行優(yōu)化設(shè)計。排水系統(tǒng)設(shè)計是房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的重要組成部分，其復(fù)雜程度較高，應(yīng)充分考慮實際情況來開展設(shè)計。特別是穿墻管道設(shè)計中，應(yīng)以便于施工為原則，提前預(yù)留管道碰撞檢測的空間，并做好預(yù)埋空洞的標記，以便于施工方在施工的時候可以提前預(yù)埋孔洞，避免返工問題的出現(xiàn)。對于需穿過承重墻的排水管道，應(yīng)做好對周圍的加固處理，保證承重墻的穩(wěn)定性。排水管道優(yōu)化設(shè)計中，應(yīng)考慮施工方面的問題，避免管道繞柱問題的出現(xiàn)。隨著科技的進步，BIM 技術(shù)在建筑設(shè)計中得到越來越多的應(yīng)用。排水管道優(yōu)化設(shè)計中，也可以應(yīng)用BIM 技術(shù)，來開展碰撞檢測，確保排水管道、建筑物的協(xié)調(diào)性，提高排水管道優(yōu)化設(shè)計質(zhì)量。

2 房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的關(guān)鍵點

2.1 設(shè)計理念優(yōu)化

在對建筑結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設(shè)計時，應(yīng)首先對設(shè)計理念進行優(yōu)化。設(shè)計理念貫穿設(shè)計人員的所有設(shè)計作品中，設(shè)計理念的優(yōu)化是所有優(yōu)化設(shè)計的前提和關(guān)鍵點之一。結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計后，不應(yīng)對建筑的使用功能有影響，應(yīng)與原建筑設(shè)計理念和功能保持一致。如結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化后，會縮短剪力墻構(gòu)件的長度、增加剪力墻構(gòu)件的數(shù)量，可能會對結(jié)構(gòu)的可靠性產(chǎn)生一定的影響，因此在進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計前，應(yīng)對優(yōu)化后結(jié)構(gòu)的可靠性進行分析，確保結(jié)構(gòu)可靠性不受影響。為確保結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計時的工作效率得到有效提高，在進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計時，可使用拉氏乘子法對優(yōu)化的因素進行統(tǒng)計和相應(yīng)轉(zhuǎn)化，將對優(yōu)化設(shè)計的干擾性約束因素轉(zhuǎn)化為非約束因素。除此之外，在進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計時，還需對優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)模型進行重新驗算，確保結(jié)構(gòu)滿足正常承載能力和抗震承載能力的要求。若優(yōu)化后的模型驗算結(jié)果不滿足國家現(xiàn)行相關(guān)規(guī)范的要求，可通過逐步調(diào)整設(shè)計參數(shù)和構(gòu)件的尺寸及位置實現(xiàn)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件滿足承載力要求。

2.2 選擇最優(yōu)方法

結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計前，應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)的特點，提出多項優(yōu)化設(shè)計方案，最終根據(jù)實際情況和建設(shè)方要求選擇最優(yōu)設(shè)計方案。在滿足承載力要求的前提下，實現(xiàn)施工便捷，建筑的美觀、使用和安全不受影響。在進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計時，設(shè)計人員會根據(jù)影響結(jié)構(gòu)設(shè)計的多種因素進行選擇和調(diào)整，結(jié)合大量的結(jié)構(gòu)設(shè)計計算，求得最終最優(yōu)的優(yōu)化設(shè)計方案。通過大量的工程實踐經(jīng)驗和科學(xué)合理的設(shè)計理念，使優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)各項性能均滿足要求。在結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計時，設(shè)計人員首先結(jié)合原有建筑設(shè)計理念，選用最佳計算參數(shù)，去除無效或其他干擾因素，快捷、高效地取得計算結(jié)果，完成優(yōu)化設(shè)計的前期工作，提高設(shè)計效率，減少設(shè)計工期。

2.3 結(jié)構(gòu)模型設(shè)計

房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，應(yīng)用結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的時候，應(yīng)高度重視建筑結(jié)構(gòu)模型設(shè)計方面的問題進。房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，在對建筑結(jié)構(gòu)模型進行優(yōu)化的時候，可以從確定約束條件、計算函數(shù)、選擇變量三個方面開展：①確定約束條件。設(shè)計中，應(yīng)充分考慮工程建造目的、工程預(yù)算、施工要求等因素，對施工條件進行衡量與判斷，明確需要遵守的條件，確保房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計符合工程實際需求。一般情況下，需要對結(jié)構(gòu)的剛性、結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、房屋的尺寸與比例等條件進行考慮；②計算函數(shù)的合理選擇。房屋建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的過程中，通常要對房屋橫截面、鋼筋的尺寸等數(shù)據(jù)進行設(shè)定，并將這些數(shù)據(jù)帶入到選定函數(shù)中去，應(yīng)用這些函數(shù)進行運算、分析。對計算函數(shù)進行合理選擇，從而獲得準確的數(shù)據(jù)，是減少成本浪費、降低工程成本、減少工程量的重要前提；③變量的選擇。對于房屋建筑來說，在結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，往往會涉及大量數(shù)據(jù)，設(shè)計師通過收集、利用這些數(shù)據(jù)，來供定稿參考，一些數(shù)據(jù)可能是定稿的關(guān)鍵。房屋建筑工程項目的所有相關(guān)數(shù)據(jù)，均有可能給設(shè)計造成影響，選擇合適的數(shù)據(jù)，可以幫助設(shè)計師減少負擔，提高工作效率。基于這樣的原因，應(yīng)對數(shù)據(jù)變量進行合理選擇，以降低設(shè)計師的工作難度，提高房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方案的科學(xué)性、合理性。

3 結(jié)語

在對建筑結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設(shè)計時，設(shè)計人員應(yīng)首先從建筑的模型開始，隨后對結(jié)構(gòu)的主體、建筑和水暖電等專業(yè)進行對接，在不改變原建筑設(shè)計理念的前提下，以最高效、最經(jīng)濟和安全的結(jié)構(gòu)設(shè)計理念，提高建筑結(jié)構(gòu)的整體設(shè)計質(zhì)量。除此之外，在進行結(jié)構(gòu)設(shè)計時，還應(yīng)結(jié)合當下較為流行的BIM 技術(shù)，實現(xiàn)結(jié)構(gòu)施工圖的可視化和模擬化，避免各專業(yè)間的無形碰撞，提高結(jié)構(gòu)設(shè)計水平。最終將建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計為堅固、耐久、經(jīng)濟的商品，同時也可為住戶或用戶提供舒適的居住或生活的環(huán)境。