范國興

(延安大學西安創(chuàng)新學院，陜西西安 710100)

社會經(jīng)濟的發(fā)展，時代的進步，使建筑市場領域的競爭變得異常激烈。市場的激烈給企業(yè)以巨大的壓力，為了能在激烈的市場競爭中拔得頭籌，為了能使業(yè)主得到性能較好、安全性高、外觀美觀的房屋建筑，各企業(yè)必須對施工以及設計方面進行相應地深入性研究。在房屋建筑領域，結構上的投入是整體投入中較多的部分，所占比重相對較高。不斷地對結構設計進行優(yōu)化可以使房屋質(zhì)量安全得以保證，還能減少相應項目資金的投入，進而增加企業(yè)的經(jīng)濟收入與相關收益。以下將對建筑結構設計相關的優(yōu)化方式及其在房屋結構設計的具體應用進行系統(tǒng)性闡述，以供相關人士進行參考。

一 建筑結構設計的優(yōu)化方式的理論體現(xiàn)

在進行建筑結構設計時，我們不僅需要考慮其安全性、可靠性以及基本功能的健全性，還要考慮建筑本身的美感與藝術感，這就是結構設計優(yōu)化的相應體現(xiàn)。從理論上對建筑結構設計的相關優(yōu)化方式進行分析，我們可知，建筑結構的的設計優(yōu)化方式在現(xiàn)實應用中，主要體現(xiàn)在房屋工程總體的優(yōu)化還有房屋工程分層結構的優(yōu)化上。

對于建筑結構的整體設計，我們需要盡量減少質(zhì)量中心和建筑剛度中心的相關性差異，而且建筑整體的平面結構要保持對稱性和規(guī)則性，但是這些結構設計的理念要基本上滿足建筑設計師的設計要求。在滿足建筑物本身的功能下，在垂直方向的設計要盡量讓同方向的相應承重構件達到上下相通;而且為了降低在結構設計上的難度，要盡量減少轉(zhuǎn)換層結構的使用。在垂直方向的設計上還得充分考慮剛度的相關要求，剛度的變化要保持簡便性而不是突變性，否則一旦出現(xiàn)剛度的突變會嚴重影響建筑結構在抵抗水平方向上的動力載荷作用。

二 房屋建筑領域結構設計優(yōu)化方式的重要性

我國的發(fā)展現(xiàn)狀表明，房屋建筑在以后的日子里將會以高層或是超高層為主。如何減少資金的投入而且還得保證結構的設計符合百姓的要求成為相關人士以及建筑企業(yè)重視的事情。

如果相關企業(yè)要想對房屋建筑的結構設計進行優(yōu)化，設計方應該在保證質(zhì)量合格的前提下，對設計方案進行系統(tǒng)化分析，應用先進的技術理念與設計觀念對工程建筑進行總體的管理，從而合理地控制建筑工程的造價問題。事實表明，如果設計者能將施工的技術與經(jīng)濟效益做到緊密相連，規(guī)劃出科學的設計方案，就可以保證建筑企業(yè)獲得最大的經(jīng)濟收益。

因此，對建筑結構設計的科學優(yōu)化能夠更加全面地發(fā)揮機械設備以及建筑材料的性能，與以往的設計相比較會更具有優(yōu)勢。而且進行合理優(yōu)化時能夠降低相應的造價投入，為企業(yè)的整體獲取更大化的利益。同時對結構進行優(yōu)化還能將房屋結構的層次進行系統(tǒng)性的結合，加強房屋質(zhì)量的提高，更大程度地保證居民的居住安全。由此看來，對建筑結構進行相應的優(yōu)化是提高居民居住安全、為企業(yè)創(chuàng)造最大利益的重要方式之一。

三 結構設計優(yōu)化方式在現(xiàn)實建筑領域的實際意義

作為相關人士，我們要了解對建筑結構的科學性優(yōu)化對房屋結構設計是具有十分重要意義的。這樣不僅能夠增強建筑的實用性與美觀感，而且還能最大化地控制建筑工程的總體造價。每一位建筑商都希望用最少的價錢獲得最大的收益，而且還希望能夠保證建筑結構的安全與可靠性，這就必然要求對建筑結構進行科學性優(yōu)化。

談及現(xiàn)實意義就需要與傳統(tǒng)進行對比，將建筑結構進行優(yōu)化設計能夠有效地減少工程的整體造價，能將整體內(nèi)部結構每個層次都達到科學化的平衡，并且能夠?qū)⒔ㄖ牟牧线M行最合理的、最高效化的利用。從現(xiàn)實角度能夠保證建筑的相關安全性，還能達到對建筑結構整體設計的經(jīng)濟性和實用性。

四 建筑結構優(yōu)化方式在房屋建設應用上的具體步驟

1.創(chuàng)建建筑結構的優(yōu)化模型。

(1)合理化、科學化選擇設計的變量。

在選擇相應的變量的時候，我們主要是將影響建筑本身結構的主要參數(shù)作為變量。例如嚴格控制目標的相關參數(shù)值(建筑損失的期望值c2、建筑結構造價值c1)、建筑約束控制的相關參數(shù)值(建筑結構的相對可靠度ps)等。對于一些影響并不是太大的、變化范圍很小或者由局部性相關要素就能滿足設計要求的一部分參數(shù)，我們一般是通過預定式參數(shù)進行表示，這樣一來就能減少我們相應的設計數(shù)量與計算數(shù)量，還可以相應的減少編程的工作量，進而提升工作效率。

(2)確定相應的目標函數(shù)。

對建筑結構進行優(yōu)化設計時，必須找到一組符合預定條件的相應尺寸的鋼筋截面面積，以及已經(jīng)失效的概率函數(shù)，這樣能使建筑工程的整體造價達到最少。

(3)科學化的確定約束條件。

對于結構的優(yōu)化設計，我們要保證結構整體的可靠性，科學化地確定與優(yōu)化設計方面息息相關的約束條件。而約束條件主要指的是建筑裂縫的寬度約束、建筑本身的強度約束、尺寸大小的約束、構件的相關約束、結構體系相關約束等約束條件。在設計結構之時，要對目標性質(zhì)的約束條件與實際性質(zhì)的約束條件進行科學化的比較與分析，要保證每一個相關的約束條件都滿足整個建筑工程的要求，實現(xiàn)效果最佳化的設計。

2.科學設定優(yōu)化設計的相關方案。

依據(jù)可靠度而開始進行房屋結構設計的優(yōu)化通常都具有很多約束條件，有時會遇到非線性的相關優(yōu)化問題。所以在相應的計算中，會進行相應的轉(zhuǎn)換，將有約束的優(yōu)化轉(zhuǎn)化成無約束的優(yōu)化，而相關的計算、方式有拉式乘子法、powell法等。

3.設計相關應用程序。

依據(jù)可靠度而開始進行房屋結構設計的優(yōu)化基本模型，以及在設計時運用的相應的計算方式，為了可以更好地實現(xiàn)其效果，能夠?qū)⑦@些編纂成一個運算速度較快而且功能全面的綜合性、科學性的應用程序。這樣能使整個優(yōu)化設計更加全面地、有效率地進行實施。

4.綜合結果分析。

在得出一定的計算結果之后要對其進行一個必要性的分析和比較，然后再折中選擇一個效果最佳的設計方案。在分析的過程中，我們務必要全面考慮相關的問題，而且對相應的問題要多角度分析。這一步在整個建筑結構優(yōu)化設計中是至關重要的，選擇一個合理的設計方案能夠保證房屋建筑整體的美觀感、安全性以及實用合理性，同時還能影響工程整體施工的資金投入。進行建筑結構的相關優(yōu)化，我們要確定一點，不能只強調(diào)相應的經(jīng)濟節(jié)約而忽略對建筑技術的要求;同樣也不能僅僅強調(diào)技術的要求而忽略經(jīng)濟節(jié)約的要求，單一的考慮永遠是不正確的，而且都是對建筑整體影響較為巨大的。所以，在進行分析時，要同時考慮二者的科學化配置，只有這樣才能達到預期的目標。

五 在房屋建筑領域，結構設計優(yōu)化方式的具體應用

1.房屋建筑的整體性與局部性優(yōu)化。

建筑在設計上都具備著相應的層次性和復雜性的特點。從層次性角度講，包含著建筑的整體設計體系、結構相關體系、安裝體系等，每一個單獨的體系又包含了眾多的下屬體系。在對房屋進行設計時，設計者要對每一個下屬系統(tǒng)地進行相應的優(yōu)化，沖破關聯(lián)的橫向性，實現(xiàn)疊加型工程;對于復雜性來講，主要包含選取建筑的材料、選取建筑的零部件等。因此在進行結構優(yōu)化時要從整體入手，才能真正實現(xiàn)整體的設計優(yōu)化。

2.建筑壽命優(yōu)化與階段性優(yōu)化。

在工程的使用年限內(nèi)，對每一階段都要進行相應的方案優(yōu)化。房屋的設計者要考察各個階段的特點，根據(jù)實際結果進行優(yōu)化方式的確定，從而可以對工程的整體壽命進行科學的優(yōu)化。這樣，既保證了建筑質(zhì)量，又提高了建筑企業(yè)的經(jīng)濟效益。

3.樁基礎的具體優(yōu)化。

建筑中的樁基礎能夠分為灌注樁和預制樁。灌注樁在整體施工時的質(zhì)量較為難控制，而且操作的技巧復雜，時間還較長。因此在沉降符合標準的前提下，要加入預制樁的施工，從而減少相應的工序。而且要注意，在伴隨著樁基不斷加深，土壤本身對裝機的摩擦逐漸增大，務必要選擇較長的預制樁。

4.對建筑主體上部結構進行的科學性優(yōu)化。

房屋建筑的上部結構設計應當建立相應的模型并進行系統(tǒng)的優(yōu)化。整個過程最先一步就應當合理地設置剪力墻，保證剪力墻整體的質(zhì)量是均勻的，這樣能將樓層中平面剛度的中心點重合于樓層整體的結構重心，從而減少地震或者風力等對其的破壞性。在房屋建設時，如果條件允許，要盡可能地對剪力墻進行大開間的構造，加長剪力墻的墻肢長度，這樣就能減少墻肢的數(shù)量，還能在符合標準的基礎上減少混凝土的使用。另外，剪力墻里的暗柱是拿一般性鋼材鑄造而成，如果采用較大的剪力墻就可以減少相對的鋼筋使用數(shù)量，減少相應的成本。然而如果建筑的本身不具有相應的條件，而且對于抗震抗壓的要求較高，就不得構造過大的剪力墻。

5.結構優(yōu)化與建筑優(yōu)化保持協(xié)調(diào)。

對于結構的設計要保證建筑的整體結構與整體平面緊密配合，這樣能實現(xiàn)建筑本身的美觀與結構的相應合理性的效果。對于建筑系統(tǒng)來講要保證簡潔，墻體與支柱不能有錯位的現(xiàn)象，高度要與截面的面積相通。在樓體設計時，自身受力較多的轉(zhuǎn)角區(qū)域，要選擇高強建材做為承重的材料，從而能夠更好地降低自重。對于整體來講要保證重心、剛心、質(zhì)心三者正確交疊，防止扭轉(zhuǎn)的狀況出現(xiàn)。

6.結構優(yōu)化與排水系統(tǒng)優(yōu)化保持協(xié)調(diào)。

在房屋建筑中排水系統(tǒng)的專用房間里有著很多的機械設備，對于荷載能力、荷載強度較大。所以要將其設置在地下室，而且保證管道的預留尺寸與預留深度要符合相應標準，對于樓板本身的鉆孔位置要加固。另外，要注意水平方向的管線可能會貫穿柱或梁的情況，要盡可能降低這種現(xiàn)象發(fā)生的機率。如果管道在建設時穿過了承重墻，就必須對墻體進行加固。在整體上盡可能地保證結構的設置與管道網(wǎng)相協(xié)調(diào)，預防管道出現(xiàn)繞柱或繞梁的現(xiàn)象。

7.結構優(yōu)化與電氣優(yōu)化保持協(xié)調(diào)。

電氣管線的安裝是以導線的形式裝在金屬管體的外部或者墻體、樓板的地方。這樣安裝有可能給預制的結構施工造成相對的困難。所以要注意，如果想要管線穿過梁體，要提前在梁體上預留相應的孔洞，并且要保證梁體的寬度與相應的墻體的寬度相同。如果出現(xiàn)不相同的情況，就必須讓墻體的一面與梁體的一面相齊，保證管線不得漏在墻體的表面。在整個房屋的建筑上，電梯部分肯定會有很多的空洞，埋下的建筑構件較多，這樣就要求設計者應該單獨對電梯部分的建筑進行分析與計算，保證設計的合理性與安全性，確保施工的質(zhì)量是過關的。

通過對房屋結構中的結構設計優(yōu)化方式的討論，我們可以知道，科學地對建筑整體的結構進行設計與優(yōu)化能夠切實保證建筑本身的功能，而且能夠控制和管理工程整體的資金投入。建筑方與開發(fā)商在結構設計上不得過分注重經(jīng)濟效益?？恐s減建筑材料的使用、降低建筑質(zhì)量的標注、削弱建筑技術能力等方法減少資金的投入，使建筑的質(zhì)量或者其他方面達不到相關標準，這一點是必須值得注意的。對房屋結構的設計進行優(yōu)化有著最基本的目的，就是保證建筑本身的功能，提高建筑主體的質(zhì)量，提升建筑的環(huán)保能力，增加建筑企業(yè)的經(jīng)濟收益。如果要想達到這樣的一個目標，就需要房屋建筑的設計者積極提高自我的知識水平，要在原有的基礎上開拓創(chuàng)新，主動為人民居住的房屋提供安全性的保障。因此，筆者認為建筑結構的優(yōu)化方式在整個房屋的結構設計中的應用是有著非常重要的地位的，是值得每個設計者深思的。

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