方孝仲

摘 要：建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)對房屋建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來說是非常重要的，不僅能夠降低工程造價(jià)，還能滿足人們的需求，提供給居民經(jīng)濟(jì)實(shí)用，安全美觀的住房。基于這種客觀實(shí)際，本文對建筑結(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，旨在通過相關(guān)介紹，可以讓讀者們在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)用建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)優(yōu)化方法方面能夠所有認(rèn)識。

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

1 前言

在進(jìn)行建筑工程施工之前，均需要依據(jù)工程實(shí)際及周邊環(huán)境，合理進(jìn)行布局設(shè)計(jì)，安排具體施工辦法，通過合理施工控制與竣工驗(yàn)收實(shí)現(xiàn)工程質(zhì)量及功能。一般而言，質(zhì)量良好，性能完善的房屋建筑，屬于建筑設(shè)計(jì)人員將建筑功能價(jià)值與建筑美學(xué)價(jià)值的整合與統(tǒng)一成果。房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)房屋建筑結(jié)構(gòu)功能、美觀及應(yīng)用價(jià)值為目標(biāo)。采取建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，是在房屋設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，進(jìn)一步優(yōu)化資源配置，最大限度實(shí)現(xiàn)房屋現(xiàn)實(shí)需求。

2 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的重要性

第一，在保證建筑質(zhì)量的基礎(chǔ)上，可以提高經(jīng)濟(jì)性、美觀性；第二，能夠節(jié)約建筑成本，有效保護(hù)建筑周邊的自然環(huán)境。由此可見，應(yīng)用設(shè)計(jì)優(yōu)化方法，能夠提高房屋建筑的綜合效益，滿足不同用戶的需求，同時(shí)為建筑企業(yè)帶來更大的經(jīng)營利潤。和傳統(tǒng)的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法相比，設(shè)計(jì)優(yōu)化能夠降低建設(shè)成本，調(diào)查顯示能降低30%左右。具體分析認(rèn)為，通過設(shè)計(jì)優(yōu)化，其一能充分利用各種建筑材料和資源，尤其是對內(nèi)部結(jié)構(gòu)單元進(jìn)行協(xié)調(diào)，提高空間使用率；其二實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)上的創(chuàng)新，在保證建筑安全的基礎(chǔ)上，延長使用壽命，保護(hù)居民的人身財(cái)產(chǎn)安全；其三能幫助設(shè)計(jì)人員認(rèn)真選擇設(shè)計(jì)方案，提高設(shè)計(jì)的科學(xué)性、合理性[1]。

3 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法的流程

3.1 結(jié)構(gòu)模型設(shè)計(jì)

第一步，選擇變量。從實(shí)際設(shè)計(jì)工作中來看，重要的數(shù)值、參數(shù)是決定設(shè)計(jì)方案的依據(jù)，這些數(shù)據(jù)可以作為變量使用。舉例來說，在建設(shè)目標(biāo)中，包括價(jià)格參數(shù)、預(yù)期損失參數(shù)；在工程控制中，包括房屋結(jié)構(gòu)的可靠性參數(shù)。設(shè)計(jì)人員應(yīng)該選擇變化小、干擾少的參數(shù)，才能降低結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)難度，盡早確定滿足設(shè)計(jì)目標(biāo)的數(shù)據(jù)。第二步，確定函數(shù)。在多個(gè)類似的函數(shù)中，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該選擇出最佳的函數(shù)，要求滿足房屋截面尺寸、鋼筋尺寸面積，然后對函數(shù)的性質(zhì)進(jìn)行分析，以降低建設(shè)成本。第三步，衡量條件。從房屋結(jié)構(gòu)的安全性、耐久性出發(fā)，設(shè)計(jì)約束指標(biāo)包括房屋尺寸、架構(gòu)剛度、變形限度、受力特點(diǎn)、單元組件、墻體裂隙、結(jié)構(gòu)可塑性等。而且，還要考慮到房屋結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況，保證各個(gè)條件都滿足規(guī)定要求，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)方案的最優(yōu)化。

3.2 確定計(jì)算方法

房屋結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)伴有大量的計(jì)算過程，對結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，就是基于復(fù)雜變量和多種設(shè)計(jì)條件下的計(jì)算。對于設(shè)計(jì)人員而言，計(jì)算過程中應(yīng)該演算各種數(shù)據(jù)，將附加約束條件轉(zhuǎn)變?yōu)椴桓郊蛹s束條件，方便得出計(jì)算結(jié)果。另外，計(jì)算方法的種類較多，而且各自具有優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，應(yīng)該根據(jù)現(xiàn)實(shí)條件選擇出最為簡便的計(jì)算方法，以節(jié)約計(jì)算時(shí)間、減輕計(jì)算工作量[2]。

3.3 選擇最優(yōu)程序

確定房屋結(jié)構(gòu)模型，并經(jīng)過計(jì)算之后，下一步就要求設(shè)計(jì)人員從中選擇最優(yōu)程序。對于最優(yōu)程序的要求，一是具有完整的功能，二是可以高效運(yùn)轉(zhuǎn)。這種程序是由多個(gè)小程序組合而成，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中具有重要作用。

3.4 分析統(tǒng)計(jì)結(jié)論

面對最優(yōu)程序和計(jì)算結(jié)果，此時(shí)設(shè)計(jì)人員要對統(tǒng)計(jì)結(jié)論進(jìn)行分析，明確不同設(shè)計(jì)方案之間的相同點(diǎn)、不同點(diǎn)，綜合分析后確定最佳設(shè)計(jì)方案。由于房屋建設(shè)成本高，會(huì)涉及多個(gè)當(dāng)事人的利益，因此設(shè)計(jì)人員應(yīng)該從多個(gè)角度進(jìn)行思考。值得注意的是，片面追求經(jīng)濟(jì)效益、不顧技術(shù)創(chuàng)新的做法是不可取的；應(yīng)該在保證技術(shù)含量的基礎(chǔ)上，盡量降低經(jīng)濟(jì)成本。

4 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)用分析

4.1 結(jié)構(gòu)同房屋建筑的協(xié)調(diào)優(yōu)化

在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡可能保證房屋建筑的結(jié)構(gòu)同整體平面的配合緊密，從而實(shí)現(xiàn)造型美觀、結(jié)構(gòu)合理的效果[3]。在進(jìn)行房屋建筑柱及墻的布設(shè)時(shí)，應(yīng)同房建平面的功能需求相一致，每個(gè)房間的進(jìn)深、開間都應(yīng)保持統(tǒng)一。房屋建筑系統(tǒng)盡可能簡潔，墻與柱不可以出現(xiàn)錯(cuò)位情況，每一層的高度及截面面積應(yīng)相同。進(jìn)行樓體或電梯的設(shè)計(jì)時(shí)，其應(yīng)力集中或受力方向較多的轉(zhuǎn)角區(qū)域，承重構(gòu)件應(yīng)盡可能選取高強(qiáng)建材，從而降低自重，而非承重的構(gòu)建應(yīng)選用質(zhì)量較輕的建材。整體房屋建筑在布局方面應(yīng)保證重心、剛心及質(zhì)心交疊，預(yù)防出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)情況。

4.2 整體優(yōu)化和局部優(yōu)化

任一項(xiàng)目房屋建筑的設(shè)計(jì)都具備層次性及復(fù)雜性兩方面的特點(diǎn)。以層次性看來，其一般包含房屋建筑的設(shè)計(jì)體系、結(jié)構(gòu)體系及安裝設(shè)計(jì)體系等，每一個(gè)體系內(nèi)又囊括了多個(gè)下屬體系。進(jìn)行房屋建筑設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)對各個(gè)下屬系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，將各個(gè)布局間的橫向關(guān)聯(lián)沖破，疊加工程；以復(fù)雜性看來，其一般包含房屋建筑原料選取、零部件選取、結(jié)構(gòu)類型選取等內(nèi)容。所以，對于任一房屋建筑來講，就應(yīng)從整體進(jìn)行優(yōu)化，方可真正實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)優(yōu)化。

4.3 優(yōu)化設(shè)計(jì)規(guī)范

在對房屋建筑工程進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的過程中，設(shè)計(jì)人員嚴(yán)格遵循了相應(yīng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范，不僅充分了解了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范中的相關(guān)條例，而且結(jié)合房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的實(shí)際情況，對建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的方案進(jìn)行了合理應(yīng)用。同時(shí)，針對結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范中存在的不足，如安全性較差、要求過于寬松等，設(shè)計(jì)人員結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行了適當(dāng)?shù)娜∩?，從而切?shí)保證了設(shè)計(jì)成果的最優(yōu)化。

4.4 框架梁、柱箍筋間距的優(yōu)化

對不同抗震等級的框架梁，柱箍筋加密區(qū)的最小箍筋直徑和最大箍筋間距做了明確的規(guī)定。側(cè)重點(diǎn)就是關(guān)于質(zhì)量，比如抗震等級、人防等級、地基處理、承載能力、材料使用等一些相關(guān)因素，同時(shí)還包括對設(shè)計(jì)圖紙的詳細(xì)了解和掌握，在鋼筋水泥的質(zhì)量要求、地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級、砌體結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量控制等級，基本雪壓和基本風(fēng)壓，地面粗糙度等等一些基本房屋結(jié)構(gòu)的類型需要，如混凝土的含堿量不得超過3kg/m3、地下水類型及標(biāo)高、防水設(shè)計(jì)水位和抗浮設(shè)計(jì)水位，地基液化，濕陷及其他不良地質(zhì)作用，地基土凍結(jié)深度、設(shè)計(jì)活荷載值、混凝土結(jié)構(gòu)的環(huán)境類別、材料等級、強(qiáng)度等級、材料性能、施工質(zhì)量的特別要求等，是在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中要考慮的要素。

4.5 樁基礎(chǔ)優(yōu)化

樁基礎(chǔ)可以劃分為灌注樁及預(yù)制樁兩種樁型。因?yàn)楣嘧对谑┕r(shí)質(zhì)量較難控制，并且操作復(fù)雜，時(shí)間較長。所以，如果在沉降符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，應(yīng)利用預(yù)制樁進(jìn)行施工。另外，因?yàn)樵谄胀顩r下，伴隨著樁基的不斷深入，土壤對樁身的作用及摩擦也隨之增大，所以，應(yīng)盡量選取長度較大的預(yù)制樁。

5 結(jié)語

為實(shí)現(xiàn)建筑工程經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益，提出對房屋建筑進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化。結(jié)合工程實(shí)例，從房屋建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化所依托的理論基礎(chǔ)出發(fā)，探究房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的現(xiàn)實(shí)意義，社會(huì)實(shí)踐證明，通過建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化，有助于實(shí)現(xiàn)建筑工程整體效益，研究其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化具體策略，通過結(jié)構(gòu)模型設(shè)計(jì)、合理選擇計(jì)算方法、選擇應(yīng)用最優(yōu)程序、分析統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)確定最佳方案，實(shí)現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)建筑工程整體效益。

參考文獻(xiàn)：

[1] 方杰.略談建筑結(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].建材與裝飾，2017（12）：120～121.

[2] 劉家鑫.試述房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法的應(yīng)用[J].建筑知識，2017（4）：21～22.

[3] 李丹丹.論建筑結(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].建材與裝飾，2016（17）：123～124.