論結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用

1、論結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用    摘要：利用結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的技術(shù)方法，不僅滿足了人們對建筑產(chǎn)品的品質(zhì)要求，也實現(xiàn)了人們對于居住條件及生活環(huán)境的要求不斷提高的需求，同時，這也實現(xiàn)了建筑商不斷尋求新的手段來滿足顧客的需求，達到降低建筑工程造價成本的目標。本文就房屋優(yōu)化設(shè)計進行了簡單的分析和探討。 關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化設(shè)計技術(shù)；房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計；應(yīng)用 中圖分類號：S611 文獻標識碼：A 文章編號： 1 目前房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計對工程造價的影響 房屋項目決策、設(shè)計和實施三個階段是成本控制的主要階段，而設(shè)計階段是工程造價控制的核心階段，其設(shè)計的合理性、科學(xué)性是影響工

2、程造價的主導(dǎo)因素。而目前，房屋的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案仍然無法與造價管理匹配，甚至出現(xiàn)背道而馳的現(xiàn)象。究其原因，一方面是房屋項目的開發(fā)者片面理解成本控制的概念，認為在預(yù)結(jié)算階段只需拿出科學(xué)的方案，就能夠?qū)崿F(xiàn)成本有效控制，這種成本控制理念缺乏動態(tài)的管理，因此在結(jié)構(gòu)設(shè)計階段沒能融入有效的造價控制措施，致使結(jié)構(gòu)設(shè)計方案成本要求高于開發(fā)的預(yù)算范圍。另一方面是對結(jié)構(gòu)設(shè)計方案的可行性缺乏有效考核評估，僅對效果、戶型和施工等進行簡單預(yù)算，而結(jié)構(gòu)設(shè)計對總造價成本起到了決定性作用，片面經(jīng)濟技術(shù)功能只會增加項目的經(jīng)濟成本負擔。 2 房屋結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計對造價控制的作用 房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計對工程造價的影響并非一次性的，而其設(shè)計的合理性

3、，將貫穿整個工程的始末，設(shè)計除了要實現(xiàn)房屋的功能使用需求，還要通過成本節(jié)約和建成后的銷售帶來合理的經(jīng)濟效益，因此，房屋結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計不僅是對房屋質(zhì)量安全的保障，還是項目效益的關(guān)鍵點。譬如房屋的容積率方面的結(jié)構(gòu)設(shè)計，由于容積率是項目建筑面積和占地面積的比值，而占地面積通常是固定不變的，因此層高和棟距成為容積率的決定因素，通過增加層高和縮小棟距，建筑面積將越大，所帶來的經(jīng)濟效益可能就越大，但容積率的提高必須掌握在一定的程度內(nèi)，否則將帶來居住舒適程度下降的弊端，也會增大對地基承載力的要求，影響房屋的安全使用。另外房屋的層數(shù)增加，墻體、地基等施工成本也會隨之增加，因此如果沒有動態(tài)考慮成本影響而盲目制定

4、房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，將會使得房屋建筑陷入成本盲目的狀態(tài)。 由此可見，房屋的結(jié)構(gòu)設(shè)計必須進行優(yōu)化，在技術(shù)可行性前提下通過設(shè)計內(nèi)容優(yōu)化，協(xié)調(diào)好各部份的功能實現(xiàn)，并最大限度節(jié)約造價成本支出，使得房屋建筑達到經(jīng)濟、適用、安全等綜合要求。 3.房屋結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設(shè)計的措施 房屋結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計方法旨在降低工程造價成本費用，并為房屋的建成后的經(jīng)濟效益提供基礎(chǔ)條件，根據(jù)實踐的設(shè)計經(jīng)驗，筆者提出以下的優(yōu)化措施： 3.1 選擇節(jié)能指標較高的結(jié)構(gòu)類型 房屋結(jié)構(gòu)形式的選擇，意味著選擇不同工程造價的建設(shè)模式，常見的結(jié)構(gòu)設(shè)計模式有如下三種：剪力墻結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)形式常見于高層建筑，以混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程為依托，這種結(jié)構(gòu)形式相對于

5、短肢剪力墻的抗震級別要高，比起短肢剪力墻，構(gòu)造鋼筋使用數(shù)量不多?？蚣芙Y(jié)構(gòu)，具有大開間、布局靈活性強和造價成本低的優(yōu)點，但這種結(jié)構(gòu)抗震能力弱,柱截面較大，形成的柱角凸出部位會妨礙家具的布置?？蚣芤患袅Y(jié)構(gòu)，即在框架結(jié)構(gòu)中合理進行一定數(shù)量剪力墻的布置，這種結(jié)構(gòu)合理，適用能力強，而且能夠應(yīng)對各種不同的變形壓力，是一種抗側(cè)力較好的結(jié)構(gòu)。以上的三種結(jié)構(gòu)模式各具優(yōu)缺點，但我們在選擇結(jié)構(gòu)模式的時候，不能片面認為造價最低的方案就是最科學(xué)合理的方案，而是我們要結(jié)合房屋業(yè)主的功能需求，以及建設(shè)單位的投資水平和施工能力等方面的因素進行結(jié)構(gòu)類型的綜合分析，將投資與收益進行平衡優(yōu)化，根據(jù)工程條件的客觀實際情況選擇最為

6、合適的結(jié)構(gòu)模式。 3.2 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。筆者認為，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

7、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。 3.3 各種功能結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計內(nèi)容 結(jié)構(gòu)抗震的經(jīng)濟化設(shè)計，主要針對高層的房屋建筑，高層建筑的水平荷載結(jié)構(gòu)造價占所有結(jié)構(gòu)的絕大部分造價，在抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計中，抗側(cè)力結(jié)構(gòu)是造價控制的重點內(nèi)容。尤其是在建筑物層高增加之后，抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的造價也會隨之增加。因此，抗側(cè)力的結(jié)構(gòu)必須進行合理選用，以便形成造價優(yōu)勢。上文已經(jīng)對常見結(jié)構(gòu)形式進行了一定闡述，雖然每種結(jié)構(gòu)形式都具備一定的抗震性能，但所達成的經(jīng)濟效果確是各不相同的，因此設(shè)計人員對房屋結(jié)構(gòu)的設(shè)計要充分了解各種結(jié)構(gòu)模式的抗震性能

8、和經(jīng)濟指標，把握好房屋的體型、結(jié)構(gòu)的體系以及剛度的分布等，針對抗震的薄弱環(huán)節(jié)通過抗震構(gòu)造措施進行改善，將抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計的成本降到最低。 4、結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的現(xiàn)實意義 （1）結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計降低總造價 進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計中，多層住宅和高層住宅相比較，層數(shù)越多，總建筑面積增大，單位建筑面積占用的土地面積就越小，節(jié)約了用地成本，但建筑層數(shù)的增多，建筑總高度也會加大，樓與樓之間的間距也要加大，這時占用的土地節(jié)約量就不與建筑層數(shù)增加比例相同了。另如屋蓋部分，一棟樓只有一個屋蓋，并不會因為層數(shù)的增加而有所改變，它的成本下降會比較明顯。對于基礎(chǔ)部分而言，雖然也是各層共用的，但是層數(shù)增加，傳給基礎(chǔ)的荷載將會增大，我們需

9、要增大基礎(chǔ)，這樣單位面積的造價有所降低，但是卻沒有屋蓋的效果那樣明顯。 （2）進行結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化提高建筑結(jié)構(gòu)經(jīng)濟性 建筑的層高增加，由于墻體面積和柱體積增加，結(jié)構(gòu)的自重會增加，基礎(chǔ)和柱的承載力相應(yīng)增加，水衛(wèi)和電氣的管線會加長；相反降低層高，可節(jié)省材料，有利用抗震，同時建筑的總高度減小，兩建筑之間的日照距離就會減小，間接的節(jié)約了用地。建筑面積相同，建筑使用不同的平面形狀時，它的外墻周長也就會不同，這樣當選擇圓形或是越接近于方形時，外墻周長系數(shù)就越小，基礎(chǔ)、外墻砌體、內(nèi)外表面裝修都隨之減少，同時其受力性能也得到提高，增強了建筑的經(jīng)濟性能。 5、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談建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計J.建筑科學(xué)，200