田莉

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1 房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化技術(shù)的理論含義

隨著人口的不斷增加，用地緊張的問題越來越明顯，很多企業(yè)總是試圖尋找可以節(jié)約土地又可以滿足住房需求的辦法，都認為樓房越高越可以省下用地面積，其實這個是錯誤的觀念，在建筑過程中企業(yè)必須要考慮相鄰建筑之間的距離問題，尤其是是在高樓很多的地方，各樓之間必須要保證一定的距離，這樣才可以保證地面對樓層應力的穩(wěn)定性，還要保證樓層間的采光性能，樓層越高樓與樓之間的間隙就應該越大，因此要找到一個平衡點，合理利用地面面積取得最佳的建筑效果。在實際的房屋建筑施工過程中，為實現(xiàn)對房屋建筑質(zhì)量的提升，對房屋建筑實用性、協(xié)調(diào)性以及美觀性的進一步提高，這就要求了施工企業(yè)必須要做好房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計，并通過對設(shè)計優(yōu)化技術(shù)的運用來不斷的完善房屋建筑的各個方面，增強房屋建筑的安全性以及合理性，從而為業(yè)主提供更優(yōu)質(zhì)的房屋建筑[1]。

2 房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的主要作用

2.1 降低建筑成本

房屋建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計不但要提升整個房屋建筑的質(zhì)量和壽命，更重要的是要實現(xiàn)對整個建筑結(jié)構(gòu)的成本控制，從而滿足人們對房屋建筑的多元化需求。現(xiàn)代的房屋建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計方法與傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計方法相比，更能優(yōu)化資源配置，提高資源利用率，顯著降低了工程投資額度，并且在建設(shè)效果上更加實用、科學、合理。在目前我國的建筑工程中，高層和超高層建筑在一定程度上緩解了我國土地資源緊張現(xiàn)狀，滿足了更多人的居住需求，而所占用的土地面積卻沒有增加，相應的成本投入會有所降低，但面臨的施工難度卻相對加大，從而促使設(shè)計人員不斷優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，創(chuàng)新施工技術(shù)，通過滿足施工材料性能的合理性來保證房屋建筑結(jié)構(gòu)質(zhì)量的要求，不斷的對房屋建筑結(jié)構(gòu)單元進行優(yōu)化組合，將每一單元的功能發(fā)揮到最大，實現(xiàn)最佳合理配置。

2.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的呈現(xiàn)

進行房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計工作時，主要從房屋的主要功能和安全性出發(fā)，也要綜合考慮房屋整體外觀美觀性和內(nèi)部結(jié)構(gòu)的合理性。在結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化活動時，從便于施工的方向著手，用最直觀的方案實現(xiàn)房屋的美學效果，并且安全實用。這就給房屋設(shè)計師提出了更高的要求，在具體設(shè)計工作中，設(shè)計師需廣泛收集和總結(jié)住戶對房屋設(shè)計的不同要求，最大程度的提高房屋結(jié)構(gòu)的服務功能。同時要大膽創(chuàng)新，依托平面設(shè)計圖融入現(xiàn)代美學設(shè)計理念，讓房屋整體結(jié)構(gòu)單元既獨立，又能互相銜接，協(xié)調(diào)一致，實現(xiàn)房屋建筑質(zhì)量和美觀兼具的效果。

3 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應用

3.1 建立結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型

結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型的建立首先需要對建筑結(jié)構(gòu)的研究目標參數(shù)以及目標參數(shù)的影響因素進行分析，常見的研究目標參數(shù)包括建筑結(jié)構(gòu)建設(shè)的時間周期、結(jié)構(gòu)在一定時間下產(chǎn)生的位移量、結(jié)構(gòu)的總體造價、建筑結(jié)構(gòu)的可靠性等，并對上述研究目標參數(shù)的影響因子進行細分，將影響因子作為結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型的自變量，結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型的構(gòu)建還需形成一定的約束條件，例如建筑結(jié)構(gòu)中的一些參數(shù)值域可知可控的預定參數(shù)等，如結(jié)構(gòu)尺寸的約束、應力的約束、裂縫寬度的約束等，約束條件是結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型優(yōu)化效果的重要基礎(chǔ)，通常需要保證所有的約束條件均能達到，例如結(jié)構(gòu)尺寸的約束滿足一定的值域范圍，在此基礎(chǔ)上模擬優(yōu)化出的結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型才是最佳的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計。

3.2 設(shè)定結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計方案

建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型中的研究目標參數(shù)即為模型的優(yōu)化對象，以建筑結(jié)構(gòu)的可靠度這一研究目標參數(shù)為例，其影響因素眾多，包括構(gòu)件的尺寸、構(gòu)件的應力等，在眾多的約束條件下可以形成一個由多自變量、多約束條件構(gòu)成的非線性優(yōu)化問題，建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化則是對該非線性問題進行疊代模擬最終求得非線性問題的最優(yōu)解。常見的建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計模擬與計算方法有Powell法、拉氏乘子法等。

3.3 結(jié)構(gòu)優(yōu)化程序設(shè)計與編碼實現(xiàn)

建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化過程需要對多元非線性問題進行疊代運算以求的最優(yōu)解，結(jié)構(gòu)優(yōu)化計算可以運用現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)優(yōu)化軟件中的優(yōu)化功能模塊進行實現(xiàn)，常用的建筑結(jié)構(gòu)分析與優(yōu)化軟件有OptiStruct，也可以優(yōu)化人員自己編寫優(yōu)化程序，滿足自己對建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化個性化計算需求。

3.4 房屋建筑工程結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計

（1）剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)化。剪力墻的墻壁應與建筑物的隔墻重疊。在保證剪力墻安全穩(wěn)定的前提下，增加了建筑空間的利用率，提高了施工項目的舒適度。同時還需要使剪力墻的長度盡可能滿足要求，以確保剪力墻的安全性和穩(wěn)定性，減少剪力墻的數(shù)量，降低施工和施工的難度，并盡量節(jié)省建筑材料的使用，剪力墻結(jié)構(gòu)通常從頂部到底部連續(xù)布置，并且剪力墻不能重疊，懸掛或未對準。應考慮剪力墻結(jié)構(gòu)上部結(jié)構(gòu)的加強壁盡可能減小墻體的厚度，從而降低剪力墻的配筋率，使剪力墻結(jié)構(gòu)更經(jīng)濟。

（2）框架結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計。在設(shè)計結(jié)構(gòu)方案的過程中，框架結(jié)構(gòu)應與結(jié)構(gòu)計算相結(jié)合，以確保柱網(wǎng)和柱間距的合理性，從而確?？蚣芙Y(jié)構(gòu)的安全性和經(jīng)濟性。在框架結(jié)構(gòu)的整體布局中，應減少施工項目中間部分的剛度，大大提高施工項目兩側(cè)的剛度，防止扭轉(zhuǎn)過大，以及地震整個建設(shè)項目的阻力得到加強?？蚣芙Y(jié)構(gòu)的列和部分必須合適。否則，材料很容易浪費。如果截面太大，不僅會影響外觀，還會影響空間，梁和柱的中心線應盡可能重疊。如果梁和柱的中心線之間的距離太大，則可以考慮梁，框架柱放置在樓梯間的四個角上，以增強框架結(jié)構(gòu)抵抗坍塌的能力。

4 結(jié)語

綜上所述，在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化起著非常重要的作用，設(shè)計單位應做好設(shè)計優(yōu)化工作，積極采用結(jié)構(gòu)優(yōu)化的方式，實現(xiàn)建筑各種功能的統(tǒng)一，滿足人們對于住房的需求。