尹茂坦

摘 ?要：隨著社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，在開展房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作的過程中，設(shè)計(jì)單位不但要對建筑的實(shí)用性及安全性進(jìn)行考慮，同時(shí)也要全面提升建筑的美觀性和經(jīng)濟(jì)性。所以在對房屋建筑進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，設(shè)計(jì)人員需對建筑的安全、實(shí)用、美觀、經(jīng)濟(jì)進(jìn)行保證，同時(shí)還要對施工的便利性進(jìn)行考慮。因此，對于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)單位需要進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，只有這樣，建筑的各項(xiàng)功能才能得到統(tǒng)一，進(jìn)而可以促進(jìn)我國建筑事業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展?；诖?，本文圍繞建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用進(jìn)行了分析和探討。

關(guān)鍵詞：房屋建筑;結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);優(yōu)化

引言

隨著社會經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，如今，人們的經(jīng)濟(jì)條件、生活質(zhì)量與生活水平得到了明顯的提高，從而對生活環(huán)境也提出了更高的要求?；跁r(shí)代進(jìn)步及社會發(fā)展要求，如今房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(jì)，以實(shí)現(xiàn)成本降低、節(jié)能減排及建筑物使用功能的提高。

一、房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)的內(nèi)涵

在應(yīng)用優(yōu)化技術(shù)之前需要對房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的優(yōu)化內(nèi)容進(jìn)行了解，其中最為重要的就是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全與房屋的實(shí)際使用年限，在保證房屋建筑質(zhì)量的前提下，要求其具備經(jīng)濟(jì)合理性，進(jìn)而將經(jīng)濟(jì)合理性設(shè)計(jì)充分體現(xiàn)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化方面，目前結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化內(nèi)容主要包含以下兩點(diǎn)：（1）對整體的結(jié)構(gòu)和布局有一定的了解，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行科學(xué)的優(yōu)化分析與應(yīng)用。（2）將房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的相關(guān)細(xì)節(jié)作為單獨(dú)的研究對象進(jìn)行設(shè)計(jì)改造，并且在實(shí)施優(yōu)化技術(shù)期間可以將房屋結(jié)構(gòu)進(jìn)行更細(xì)致的劃分，最后實(shí)施逐步優(yōu)化分析設(shè)計(jì)。

二、房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)用優(yōu)化設(shè)計(jì)需考慮的問題

（1）在房屋建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中，需要保證其具有良好的設(shè)計(jì)結(jié)果，并且需要將建筑的功能性體現(xiàn)出來，同時(shí)保證其安全性與美觀性需要滿足實(shí)際建設(shè)需求，進(jìn)而符合人們心中的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，以滿足人們對建筑的整體要求。因此在應(yīng)用優(yōu)化設(shè)計(jì)期間，需要對整體的房屋建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面分析，并且結(jié)合一些優(yōu)化技術(shù)對結(jié)構(gòu)中每一個(gè)項(xiàng)目加以改進(jìn)與優(yōu)化，然后需要對整個(gè)結(jié)構(gòu)進(jìn)行細(xì)節(jié)劃分，最后結(jié)合實(shí)際情況對整體結(jié)構(gòu)和細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化分析，保證建筑結(jié)構(gòu)中每一個(gè)單位都得到最大的優(yōu)化與改進(jìn)。

（2）在基礎(chǔ)房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，很多工程師并沒有充分認(rèn)知施工現(xiàn)場的地質(zhì)條件，只是結(jié)合施工單位所給出的各種文件和自己的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)所給出的設(shè)計(jì)方案，不僅不具備科學(xué)性與合理性，同時(shí)基于每個(gè)工程項(xiàng)目的不同之處，這些做法具備一定的片面性，沒有整體的依據(jù)可尋。另外對一些建筑地基處理時(shí)，尤其是軟弱地基中，很多工程師也都是在結(jié)合自身的經(jīng)驗(yàn)來進(jìn)行施工設(shè)計(jì)，同時(shí)也會選擇一些成本較低的方法來進(jìn)行施工，并沒有將地基的承載能力進(jìn)行充分考慮，進(jìn)而導(dǎo)致房屋結(jié)構(gòu)容易出現(xiàn)坍塌的問題，為人們的生命安全造成極大的影響，進(jìn)而影響著整體施工的質(zhì)量。

三、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化在房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)用的步驟

3.1建立結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型

要實(shí)現(xiàn)對房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的有效優(yōu)化，首先就必須建立科學(xué)合理的結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化需要從大量變量中選擇出最為重要的參數(shù)，通過這些參數(shù)建立函數(shù)模型，從而計(jì)算出最優(yōu)解。一般來說，模型的構(gòu)建主要可分成兩大環(huán)節(jié)：首先，應(yīng)選擇最為合理的設(shè)計(jì)變量，這是構(gòu)建模型的基礎(chǔ)和關(guān)鍵，變量的設(shè)計(jì)將對參數(shù)的選擇產(chǎn)生直接影響，科學(xué)合理地對變量進(jìn)行計(jì)算可大大降低后期計(jì)算編程的工作量。其次，應(yīng)對目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行確定。相關(guān)人員應(yīng)先找出符合函數(shù)條件的最優(yōu)解，然后再確定約束條件，約束條件具體主要涉及到彈塑性、強(qiáng)度和尺寸等方面。在對建筑整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化的時(shí)候，必須確保上述約束條件都處在規(guī)定范圍內(nèi)，盡可能滿足設(shè)計(jì)的相關(guān)需求。

3.2對計(jì)算方案進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)

在建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化過程中，各方面的約束條件以及變量參數(shù)都會直接影響到優(yōu)化過程。因此，在開展相關(guān)計(jì)算工作的時(shí)候，必須將所有的約束條件轉(zhuǎn)化成非約束條件，保證整個(gè)優(yōu)化過程的順利完成。與此同時(shí)，還要綜合考慮變量的因素，采用科學(xué)有效的計(jì)算方式對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)加以優(yōu)化。

3.3程序設(shè)計(jì)

在完成計(jì)算方案優(yōu)化設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，還要做好程序設(shè)計(jì)工作，首先需要對程序進(jìn)行合理編寫，然后再將其導(dǎo)入到計(jì)算機(jī)之中，為后期計(jì)算工作的開展奠定基礎(chǔ)，在進(jìn)行相關(guān)計(jì)算的時(shí)候，工作人員只需要將所需數(shù)據(jù)輸入到系統(tǒng)之中，就可通過設(shè)定好的程序計(jì)算出準(zhǔn)確而直觀的結(jié)果。

3.4結(jié)果分析

建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的最后一環(huán)就是結(jié)果分析，所有計(jì)算機(jī)計(jì)算出的數(shù)據(jù)信息都需要經(jīng)過詳細(xì)的分析才能得出最終的結(jié)果，進(jìn)而以此為依據(jù)確定最佳的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。在開展結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)工作的過程中，應(yīng)對各方面的阻礙因素進(jìn)行綜合考慮，最大限度確保結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化工作的順利完成。對建筑工程而言，整個(gè)施工過程往往需要花費(fèi)較多的人力、物力以及財(cái)力，結(jié)構(gòu)優(yōu)化的主要目的就是把上述指標(biāo)控制在最低，并為建筑質(zhì)量的可靠性提供保障。因此，在對建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的時(shí)候，必須注意以下問題：第一，應(yīng)找準(zhǔn)建筑經(jīng)濟(jì)與技術(shù)之間的平衡點(diǎn)，盡可能降低或消除二者之間的矛盾，即使引入了一些現(xiàn)代化技術(shù)，也無需付出過多的成本。第二，應(yīng)認(rèn)識到技術(shù)所能帶來的經(jīng)濟(jì)效益，明確技術(shù)的優(yōu)化可在一定程度上降低經(jīng)濟(jì)成本，因此，必須加強(qiáng)對先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用。

四、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化在房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的具體應(yīng)用

4.1整體優(yōu)化和局部優(yōu)化

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)表現(xiàn)出明顯的層次性和復(fù)雜性。首先，從層次性上來看，其主要涉及到建筑設(shè)計(jì)體系、結(jié)構(gòu)體系和安裝設(shè)計(jì)體系等，且上述每個(gè)體系之下還包括諸多小的分支體系。設(shè)計(jì)人員在開展建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作的時(shí)候，應(yīng)當(dāng)結(jié)合工程的具體情況以及各個(gè)分支的特點(diǎn)加以優(yōu)化，循序漸進(jìn)地解決各環(huán)節(jié)遇到的困難，進(jìn)而確保整個(gè)工程的順利完工。其次，站在復(fù)雜性的層面來看，其主要涉及到建筑原材料的選擇、零部件的選擇以及結(jié)構(gòu)類型的確定等內(nèi)容。所以，不管是哪種類型的房屋建筑，都可從整體和局部出發(fā)進(jìn)行優(yōu)化，最終實(shí)現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平的最大化提升。

4.2基礎(chǔ)優(yōu)化設(shè)計(jì)

房屋建筑的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)與建筑整體功能的正常發(fā)揮及其穩(wěn)定性有著十分密切的聯(lián)系，所以，在進(jìn)行建筑基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的時(shí)候，設(shè)計(jì)人員必須注重對結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法的運(yùn)用，盡量實(shí)現(xiàn)對地基地質(zhì)、基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)等重點(diǎn)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)工作的全方位把控，在基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案中，應(yīng)處理好建筑基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)與施工成本、施工技術(shù)等的關(guān)系，找準(zhǔn)三者之間的平衡點(diǎn)。對于框架結(jié)構(gòu)來說，應(yīng)根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告對基礎(chǔ)形式進(jìn)行合理選擇，若施工現(xiàn)場的地基承載力較好，則最好選擇淺基礎(chǔ)形式;若施工現(xiàn)場的地基承載力較差或者土質(zhì)狀況不佳，首先應(yīng)考慮地基處理方案是否具備可行性，若可行則選用地基處理方案，若不可行則需采用樁基礎(chǔ)。灌注樁和預(yù)制樁是兩類比較常見的樁基礎(chǔ)形式，其中，灌注樁的施工過程比較復(fù)雜，整個(gè)施工工期也比較長，且很難對施工質(zhì)量進(jìn)行有效控制。因此，在沉降滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的前提下，可采用預(yù)制樁施工法，利用深層樁基增大土壤對樁身的摩擦力，并盡可能選用長度較長的預(yù)制樁。

4.3分階段優(yōu)化

建筑工程項(xiàng)目各個(gè)環(huán)節(jié)的施工都是密切聯(lián)系的，且每一個(gè)環(huán)節(jié)都有著自身獨(dú)特的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。因此，在實(shí)際開展工程建設(shè)工作的時(shí)候，應(yīng)堅(jiān)持分階段優(yōu)化設(shè)計(jì)的原則，首先應(yīng)對建筑施工建設(shè)的階段進(jìn)行合理劃分，然后將不同階段的性質(zhì)作為參考依據(jù)，對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)加以優(yōu)化，同時(shí)還要注重對整個(gè)工程壽命的優(yōu)化，這樣才能使企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益得到進(jìn)一步提升。

4.4上部結(jié)構(gòu)的優(yōu)化

在對房屋建筑的上部結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化的時(shí)候，首先應(yīng)對剪力墻進(jìn)行科學(xué)設(shè)置，具體而言，應(yīng)讓剪力墻的質(zhì)量保持一定的均勻性，確保對稱樓層的平面中心與同樓層的結(jié)構(gòu)重心相重合，盡量降低大風(fēng)、地震等外部因素帶來的不良影響。在房屋類型滿足標(biāo)準(zhǔn)要求的前提下，應(yīng)采用大開間的剪力墻構(gòu)造形式，適當(dāng)增長剪力墻的墻肢，控制墻肢總數(shù)，從而節(jié)約混凝土使用量。另外，由于剪力墻的暗柱一般采用的是鋼筋，這樣一來，就可通過采用大開間剪力墻來降低鋼筋的使用量。但是，在遇到建筑施工現(xiàn)場地質(zhì)條件較差或者地質(zhì)環(huán)境比較復(fù)雜的情況時(shí)，不能減少鋼筋的數(shù)量，在這種情況下也就不適用采用大開間剪力墻的構(gòu)造形式。

4.5排水結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)優(yōu)化

現(xiàn)代房屋建筑工程中往往設(shè)有給排水專用房，其中涉及到大量的機(jī)械設(shè)備，如此一來就會加大建筑的負(fù)荷量，所以，在設(shè)計(jì)的時(shí)候應(yīng)盡量將水泵設(shè)置在地下室中。需要注意的一點(diǎn)是，由于排水房間中的管道數(shù)量非常多，且管道規(guī)格尺寸各不相同，因此，必須適當(dāng)加固樓板上的穿孔位，預(yù)留出滿足規(guī)范要求的孔洞，最好不要讓孔洞影響到水平方向管線對建筑梁結(jié)構(gòu)的貫穿。若管道需要貫穿房屋的承重墻，則還要注重加強(qiáng)對墻體的維護(hù)，整個(gè)排水結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中，必須處理好結(jié)構(gòu)布設(shè)與管網(wǎng)體系的關(guān)系，以免發(fā)生管道繞梁或柱的問題。

五、結(jié)束語

在實(shí)際建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)用優(yōu)化技術(shù)，首先需要結(jié)合建筑物體的整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析與探討，進(jìn)而將整個(gè)結(jié)構(gòu)分為幾個(gè)細(xì)節(jié)部分，再融合現(xiàn)代優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)，選擇合適的優(yōu)化技術(shù)實(shí)施方案的選擇與實(shí)施。另外需要在相關(guān)的參數(shù)設(shè)計(jì)中，結(jié)合人工與計(jì)算機(jī)軟件融合的內(nèi)容，靈活運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)，進(jìn)而得出最優(yōu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。

參考文獻(xiàn)：

[1]胡歡歡.建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的實(shí)際應(yīng)用[J].居舍，2020（12）：81+104.

[2]廖國梁.房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中優(yōu)化技術(shù)應(yīng)用探討[J].建筑技術(shù)開發(fā)，2020，47（08）：11-12.

[3]王正姣，趙清聰.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法在房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].居業(yè)，2020（04）：40-41.

[4]黃浩.房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中優(yōu)化技術(shù)[J].居舍，2020（11）：58.

[5]王琴，何嘉，鄭劍.建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].四川水泥，2020（04）：63.

[6]韋緯嬌.建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用探討[J].中國住宅設(shè)施，2020（03）：43+63.

[7]鮑小娟.房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中優(yōu)化技術(shù)應(yīng)用探討[J].住宅與房地產(chǎn)，2020（09）：60.

[8]裴佑生.房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中優(yōu)化技術(shù)應(yīng)用探討[J].居舍，2020（07）：101+122.