景毅

摘 要：該文簡要說明了建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法的涵義與特點，闡述了建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)用的必要性，分析了建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)用的注意事項，并論述了建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中的實際運用。

關(guān)鍵詞：建筑 結(jié)構(gòu)設(shè)計 優(yōu)化方法 房屋結(jié)構(gòu) 運用

中圖分類號：TU2 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）09（c）-0036-01

1 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法的涵義及特點

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法就是在考慮建筑施工方便性的同時，將建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方法與審美學、藝術(shù)學等進行有機整合，將房屋功能和建設(shè)目的全部涵蓋在內(nèi)的一種結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，然后再將所有可能的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案進行優(yōu)化選擇，得到安全適用，又美觀大方，同時保證質(zhì)量、經(jīng)濟性和施工方便性。因此，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法具有以下幾個特點：（1）結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法多學科聯(lián)合性廣；（2）結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法美觀性強；（3）結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法質(zhì)量安全性高；（4）結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法實用性強；（5）結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法既節(jié)能又環(huán)保；（6）結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法經(jīng)濟性強；（7）結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法便于施工管理；（8）結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法科學性強；（9）建筑師在保證設(shè)計安全的前提下，應(yīng)該敢于挑戰(zhàn)新的結(jié)構(gòu)形式[2]，因此，結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法的創(chuàng)新性高。

2 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)用的必要性

傳統(tǒng)的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計注重安全質(zhì)量，在建筑造價上控制不到位，常使得工程在設(shè)計階段造價增長5～8%左右，而且建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計往往存在一定的缺陷，在美觀上也不講究，千篇一律。這些因素都不符合現(xiàn)代人們對于居住房屋的心理需求。在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法，能夠?qū)徝纼r值、實際使用價值和經(jīng)濟價值，生態(tài)價值等進行統(tǒng)一和整合，降低房屋工程造價，節(jié)約原材料，保證房屋結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、使用壽命長，具有較高的藝術(shù)性等，從而實現(xiàn)房屋建筑的綜合效益[3]。另外，應(yīng)用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法可以節(jié)約成本30%左右，實現(xiàn)建筑材料的資源優(yōu)化配置，提高材料的使用率，對于提高建筑企業(yè)的經(jīng)濟效益，保證其可持續(xù)性發(fā)展具有非常重要的作用。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)計中的運用是十分必要的。

3 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)用的注意事項

雖然建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)用具有較多的優(yōu)勢，但是，各建筑企業(yè)及開發(fā)商必須堅持工程質(zhì)量第一的原則下，才可以選擇結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法。切不可過分追求藝術(shù)性和企業(yè)利益，利用縮減建材、降低質(zhì)量標準、削弱技術(shù)性能等方法來獲得最優(yōu)施工設(shè)計方案[4]，很顯然，這種最優(yōu)方案帶給業(yè)主的將會是一個只可遠觀，不可近用的不合格產(chǎn)品，嚴重損害業(yè)主的利益。這是房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)用優(yōu)化設(shè)計方法需要注意的原則問題。另外，在實際應(yīng)用中，由于實際工況的原因，結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法的運用還需要用概念設(shè)計來指導(dǎo)和檢驗數(shù)據(jù)結(jié)果的合理性[5]。

4 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中的實際運用

某房屋工程為五層寫字樓，總面積為6375 m2，長度為56.2 m，寬度為16.2 m，房間開間為4.8 m，走廊寬2.4 m，層高為3.6m。以粉細砂層為基礎(chǔ)持力層，凍土深度1.03 m，地下水位埋深約為4 m，抗震設(shè)防烈度為8°。對于此工程運用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法主要從建筑整體和分部結(jié)構(gòu)兩方面進行結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化。

4.1 房屋建筑整體的設(shè)計優(yōu)化

對房屋建筑整體的設(shè)計優(yōu)化需要先建立結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型，再選擇優(yōu)化計算方案和程序，然后進行計算結(jié)構(gòu)的科學分析三個步驟來實現(xiàn)。第一步：（1）選擇并確定設(shè)計變量。設(shè)計變量一般選擇對建筑設(shè)計發(fā)揮著較大影響的因素作為參數(shù)，將那些對建筑設(shè)計發(fā)揮著較小影響的因素作為預(yù)定參數(shù)，降低設(shè)計工作量；（2）確定優(yōu)化設(shè)計目標函數(shù)；（3）確定模型約束條件。一般在房屋可靠度優(yōu)化設(shè)計中，其約束條件主要包括結(jié)構(gòu)強度約束、應(yīng)力約束、變形約束、裂縫約束、彈性約束等。第二步，在應(yīng)用房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法時，建立于可靠度的優(yōu)化設(shè)計變量較多、非線性優(yōu)化較多，為方便進行計算，將約束優(yōu)化轉(zhuǎn)變?yōu)闊o約束問題進行計算，計算方法主要包括拉式乘法、Powell法等。根據(jù)優(yōu)化模型與計算方法，設(shè)計計算程序。第三步，通過優(yōu)化模型的建立與求解，可以發(fā)現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中存在的不合理問題，提出解決方案，對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計進一步優(yōu)化處理，從而實現(xiàn)房屋結(jié)構(gòu)的適用性、安全性、經(jīng)濟性。

4.2 房屋建筑分部結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化

（1）建筑基礎(chǔ)拉梁設(shè)計優(yōu)化。該寫字樓高度為18.2 m，抗震設(shè)防烈度為8度，為了達到抗震效果建筑基礎(chǔ)設(shè)計為短柱形式。將相鄰兩短柱中心距的1/20作為基礎(chǔ)拉梁截面高度。在建筑施工中，建筑高度較低時，可以應(yīng)用最小鋼筋使用率，但是為了保證建筑抗震結(jié)構(gòu)及拉梁正負彎矩與建筑上部混凝土框架處于一致狀態(tài)，就需要就基礎(chǔ)拉梁設(shè)計為最大。

（2）基礎(chǔ)設(shè)計荷載設(shè)計優(yōu)化。由于該寫字樓工程只有五層，不需要進行建筑基礎(chǔ)抗震能力校驗。建筑結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土框架體系，在進行設(shè)計優(yōu)化時，需要考慮到風荷載問題。

（3）鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化。該建筑采取的是鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)體系，需要應(yīng)用準則法進行結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化。在已知建筑結(jié)構(gòu)截面的前提下，運用有限單元法，對建筑整體結(jié)構(gòu)進行受力分析，再進行結(jié)構(gòu)分解，將每一構(gòu)件受力進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，經(jīng)過公式推算，計算出鋼筋混凝土框架的最優(yōu)級結(jié)構(gòu)。

（4）建筑結(jié)構(gòu)計算周期設(shè)計優(yōu)化。由于寫字樓設(shè)計為輕質(zhì)墻體，為了提高建筑質(zhì)量，盡可能的使其使用年限等同于設(shè)計所限，需要對建筑結(jié)構(gòu)計算周期乘以折減系數(shù)0.7～0.8進行折減計算。

5 結(jié)語

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法能夠在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中將安全美觀性和經(jīng)濟適用性完美的結(jié)合起來，滿足人們對房屋居住質(zhì)量的要求，同時提升人們的審美觀和文化素養(yǎng)。而且能夠降低工程造價，提高企業(yè)的建筑利潤，更好的促進企業(yè)可持續(xù)化發(fā)展。

參考文獻

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