淺談房屋建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計

1、    淺談房屋建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計    郝娟摘要：我國建筑事業(yè)已經(jīng)邁入了深水區(qū)，越來越多的問題也隨之出現(xiàn)，因此優(yōu)化工作就相當重要。下面我們就房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化進行分析。關(guān)鍵詞：房屋；結(jié)構(gòu)設(shè)計；建筑結(jié)構(gòu)；設(shè)計優(yōu)化：tu2： a引言在對新時代房屋建筑進行結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中，其最基本的要求就是結(jié)構(gòu)必須具備足夠的安全性、功能性以及耐久性，同時也要具備一定的經(jīng)濟性和美觀性。在建筑工程所有的施工成本中，建筑結(jié)構(gòu)造價所占比例是最大的。因此要保證所有功能特點的情況下，要想對房屋建筑進行更合理的設(shè)計并最大限度降低工程的施工成本，就需要對其進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計。一

2、、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的重要性在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中采用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化技術(shù)，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)建筑物的美學(xué)價值、實際使用價值和經(jīng)濟價值等各種價值，還能夠節(jié)約建筑成本、保護建筑物施工現(xiàn)場附近的生態(tài)環(huán)境。因此，恰當?shù)剡\用這種結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)，可以實現(xiàn)房屋建筑的綜合效益。建筑追求的目標是：在保證房屋長期使用性能的基礎(chǔ)之上，最大限度地節(jié)省建筑物的設(shè)計和施工成本，節(jié)約原材料，并縮減建筑投資。只有保證房屋結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、耐用、美觀，可能滿足用戶不同層次的需求，也可能給建設(shè)單位帶來最大的經(jīng)營利潤與舊式的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方式相比，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方案可以使房屋建造的成本降低30%左右。采用優(yōu)化的設(shè)計技巧，可以合理配置各種資源，充分利用建

3、筑原料，并協(xié)調(diào)好房屋內(nèi)部各個獨立的單元，使這些獨立的部分互相配合，共同發(fā)揮作用:采用優(yōu)化的設(shè)計技巧，可以在創(chuàng)新設(shè)計方式的同時，確保建筑物的安全性能達到既定標準，保護居民的生命健康和財產(chǎn)安全，采用優(yōu)化的設(shè)計技巧，還可以幫助建筑物結(jié)構(gòu)的設(shè)計者認真規(guī)劃建筑設(shè)計方案，選擇最科學(xué)、最合理的設(shè)計方式，實現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的最終目標。二、房屋建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)的應(yīng)用需注意的問題房屋建筑機構(gòu)優(yōu)化技術(shù)的應(yīng)用，需注意到前期的參與房屋建筑前期的設(shè)計方案直接影響建筑項目的成本，但是很多前期方案確定中卻不包括結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計技術(shù)，以致相關(guān)的設(shè)計人員在進行房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時，常常忽略建筑結(jié)構(gòu)的和理性和可行性，這樣不但增加了機構(gòu)設(shè)計

4、的難度，而且使房屋建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計成本也相應(yīng)增加。因此，設(shè)計人員在前期設(shè)計時要充分的融入優(yōu)化設(shè)計方案，節(jié)約建筑成本。設(shè)計人員要注重細部優(yōu)化，設(shè)計人員在注重整體設(shè)計的同時，還要加強對結(jié)構(gòu)基本構(gòu)建的精細設(shè)計。如盡量劃分矩形板塊的現(xiàn)澆板設(shè)計，增加現(xiàn)澆板的受力程度和避免出現(xiàn)拐角裂縫。隨著計算機技術(shù)和優(yōu)化設(shè)計理論的相互結(jié)合，優(yōu)化設(shè)計已經(jīng)從工程實踐問題逐漸向數(shù)學(xué)問題過渡，因此，工程設(shè)計人員還要加強自身基于計算機技術(shù)的優(yōu)化設(shè)計分析，使自身的設(shè)計更為合理和科學(xué)。三、房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中優(yōu)化技術(shù)的實際應(yīng)用1、第一階段是變量的選擇通常情況下，對設(shè)計人員決定最終設(shè)計方案起到重要作用的參考數(shù)據(jù)，都可以作為變量工設(shè)計者進行

5、選擇。如工程的目標參數(shù)包括房屋價格參數(shù)和預(yù)期產(chǎn)生的損失參數(shù)，工程的控制與約束參數(shù)包括表示房屋架構(gòu)可靠性能的參數(shù)等。如果房屋建筑的設(shè)計者以變化幅度較小或考慮因素較少的參數(shù)作為設(shè)計的參考指標，那么相應(yīng)的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計、編程和計算有關(guān)的工作難度將會降低，設(shè)計者也可以更好地找到符合優(yōu)化設(shè)計的參考數(shù)據(jù)。2、第二階段是對相關(guān)函數(shù)的確定設(shè)計者要根據(jù)事先設(shè)定的房屋橫截面尺寸和鋼筋尺寸面積的那一組函數(shù)，從眾多組相似的參考函數(shù)中進行合理科學(xué)的選取，并分析這組數(shù)據(jù)函數(shù)的相關(guān)各種性質(zhì)，從而最大限度的降低房屋建造的成本費用。3、第三階段是條件的衡量處于對增強房屋結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和耐用性的考慮，房屋設(shè)計的約束指標應(yīng)當包括房屋尺寸

6、、架構(gòu)穩(wěn)定性、架構(gòu)剛性、受力限度和變形限度、結(jié)構(gòu)的可塑程度和結(jié)構(gòu)的確定程度等。在實際的設(shè)計過程中，設(shè)計者應(yīng)當結(jié)合房屋建造工程的具體情況，對施工實際中的約束性條件和目標確定的約束性條件進行比較和分析，確保各種條件都符合相關(guān)的建筑規(guī)定要求，從而實現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計的目的。四、對房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化幾點建議1、結(jié)構(gòu)設(shè)計信息優(yōu)化技術(shù)由于房屋建筑結(jié)構(gòu)受到設(shè)計變量等條件的約束，難以用單一的方法進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化。鑒于房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計的復(fù)雜性，應(yīng)該開發(fā)一種較為實用方便的參數(shù)定義優(yōu)化軟件，減少設(shè)計者在結(jié)構(gòu)優(yōu)化方面的精力和時間。筆者較為推崇的是tbcad系統(tǒng)，這種系統(tǒng)是針對結(jié)構(gòu)方案設(shè)計、建模、分析、評估等為一體的成本

7、控制軟件系統(tǒng)，這種系統(tǒng)可以進行結(jié)構(gòu)方案的指導(dǎo)設(shè)計，使得方案的人力、物力和財力資源等趨于最優(yōu)狀態(tài)。系統(tǒng)的信息分為兩個時間段進行優(yōu)化，第一個時間段是通過對材料的分配調(diào)整，使用最少的混凝土用量滿足側(cè)向剛度的要求，系統(tǒng)在這個時間段的目標函數(shù)是混凝土的使用量，而結(jié)構(gòu)構(gòu)件的斷面大小則是設(shè)計的變量。第二個時間段是對構(gòu)件強度的優(yōu)化，通過對構(gòu)件結(jié)構(gòu)的斷面大小以及鋼用量的調(diào)整，使得構(gòu)件的強度要求實現(xiàn)只需較少的結(jié)構(gòu)造價。2、優(yōu)化選擇房屋建筑結(jié)構(gòu)類型不同的形式的房屋建筑結(jié)構(gòu)類型是會產(chǎn)生不同的造價管理模式的，而在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中常用的結(jié)構(gòu)類型有如下幾種，第一，剪力墻結(jié)構(gòu)類型。該類型主要應(yīng)用于高層房屋建筑中，所依托的基礎(chǔ)為

8、混凝土結(jié)構(gòu)施工技術(shù)，該種優(yōu)化結(jié)構(gòu)類型同“短肢剪力墻”結(jié)構(gòu)類型相比就有抗震性能強、鋼筋材料使用數(shù)量較少等特征。第二，框架結(jié)構(gòu)類型。這種類型主要優(yōu)點在于開間大、靈活布局、造價較低等優(yōu)點，但是該結(jié)構(gòu)類型也具有一定的缺點，柱的截面面積比較大，抗震能力相對較薄弱。第三，“框架剪力墻”結(jié)構(gòu)類型。這種類型的結(jié)構(gòu)是對剪力墻和框架兩種結(jié)構(gòu)的優(yōu)化組合，其能夠綜合以上兩種結(jié)構(gòu)類型的優(yōu)點，結(jié)構(gòu)布置比較合理，實際應(yīng)用能力也比較強，該結(jié)構(gòu)的最突出特點就是抗側(cè)力能力比較強。3、節(jié)能結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化節(jié)能結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化是需要以綠色建筑理念為基礎(chǔ)，并積極應(yīng)用設(shè)計學(xué)中的方法。首先，優(yōu)化布局和表面形狀。布局就是指建筑的主要朝向，受到我

9、國氣候條件的影響，為了保證房屋的陽光照射量的通風良好，房屋的朝向盡量要朝南。表面形狀的優(yōu)化就是要保證所設(shè)計的房屋建筑外表面積不要接受冷風的直接朝向，這樣就能夠減少熱能的消耗，起到節(jié)能效果。其次，維護結(jié)構(gòu)設(shè)計。維護結(jié)構(gòu)主要指的就是門窗和屋頂，對于門窗而言，在房屋朝南的方向所設(shè)置的門窗要盡量要大和多，這樣能夠最大限度吸收陽光輻射，朝向北的就要減少門窗，防止熱量的流失，材料也要選擇保溫效果好的。屋頂?shù)脑O(shè)計可以采用架空的方式或者是鋪設(shè)循環(huán)水管，夏天降溫冬天保暖。結(jié)束語與傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計相比，采用結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法可以使建筑工程造價降低6%-34%。優(yōu)化方法的技術(shù)性實現(xiàn)，可以最合理的利用材料性能，使建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)部各單元得到最好的協(xié)調(diào)，不僅可以實現(xiàn)建筑美觀、實用，而且在造價方面也有較大的節(jié)省，達到了建筑工程設(shè)計對適用、安全、經(jīng)濟、美觀和便于施工的一般要求。通過使用優(yōu)化設(shè)計手段，達到這5個方面的最佳結(jié)合，符合現(xiàn)今建筑商對于建筑結(jié)構(gòu)的效益的需求，也符合市場可持續(xù)發(fā)展的需求。參考文獻1胡天水。房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化j。中華民居(下旬刊)，2013，04:45-46。2冷新義。試析結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化技術(shù)在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用j。門窗，2013，05:246。3烏蘭格日樂。論房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的優(yōu)化技術(shù)j。中國建筑金屬結(jié)構(gòu)，