試論房屋結(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)用土木工程專業(yè)

1、試論房屋結(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【摘要】建筑是將力與巧相互融合在一起，設(shè)計(jì)師巧妙的將結(jié)構(gòu)和美觀這兩個(gè)設(shè)計(jì)相互結(jié)合到一起從而形成一件精美的建筑。而房屋的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求達(dá)到五種效果：適用、安全、經(jīng)濟(jì)、施工、美觀，所以我們需要設(shè)計(jì)出更好的方法，科學(xué)地進(jìn)行實(shí)踐，節(jié)約總造價(jià)，但是卻可以實(shí)現(xiàn)建筑的終極目標(biāo)：安全性、經(jīng)濟(jì)性、實(shí)用性。這就是我們所說(shuō)的花最小的資源，創(chuàng)最大的利益?！娟P(guān)鍵詞】結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；設(shè)計(jì)優(yōu)化；探討；應(yīng)用序言建筑設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)房屋的建筑結(jié)構(gòu)時(shí)要滿足設(shè)計(jì)意圖這個(gè)基本要求，而平面布置過(guò)程中要符合對(duì)稱與規(guī)則的要求，還要極大限度將剛度和質(zhì)量?jī)蓚€(gè)中心的差異縮小，這樣，在水平荷載下的建筑物就不會(huì)因重量

2、過(guò)大而產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)。在建筑結(jié)構(gòu)的豎向布局上，不僅要達(dá)到它的基本功能，而且要在盡量不使用轉(zhuǎn)換層的條件下，讓豎直方向下的承重構(gòu)件在上下方向下保持暢通，以此來(lái)避免在結(jié)構(gòu)的分析與設(shè)計(jì)上出現(xiàn)困難。豎向剛度應(yīng)該盡量使用漸變方式，而不要采取突變方式，以免因?yàn)樵谒胶奢d作用下從而出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象。建筑設(shè)計(jì)師在進(jìn)行工程項(xiàng)目及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的時(shí)候，要時(shí)刻牢記我們研究的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的最終目的，即要將設(shè)計(jì)對(duì)象的基本使用功能加強(qiáng)，可靠性提高，完善設(shè)計(jì)對(duì)象。然后通過(guò)科學(xué)合理的計(jì)算來(lái)選擇一個(gè)最適合最令人滿意的方案。1.房屋建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)模型與方案房屋建筑工程在分部結(jié)構(gòu)方面上需要優(yōu)化設(shè)計(jì)的有以下幾點(diǎn)：房屋屋蓋系統(tǒng)方案優(yōu)化設(shè)計(jì)、房屋基

3、礎(chǔ)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)細(xì)部設(shè)計(jì)優(yōu)化和圍護(hù)結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)優(yōu)化。根據(jù)如上的優(yōu)化設(shè)計(jì)，還需對(duì)以下內(nèi)容進(jìn)行分析造價(jià)、選型、受力、布置。但是在真正的施工過(guò)程中，要將實(shí)際情況與工程的具體實(shí)施情況相互結(jié)合，是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能夠得到優(yōu)化，綜合經(jīng)濟(jì)效益的目標(biāo)也能夠?qū)崿F(xiàn)。1.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)模型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化是運(yùn)用科學(xué)計(jì)算方法以及從各種各樣的影響變量中選出那個(gè)最主要的參數(shù)來(lái)建立函數(shù)模型的優(yōu)化方案。它的步驟分為結(jié)構(gòu)優(yōu)化建立模型大概分為以下幾個(gè)步驟：合理選擇其中的主要參數(shù)，而這個(gè)參數(shù)要選擇對(duì)這個(gè)結(jié)構(gòu)影響比較大的參數(shù)，然后將這些參數(shù)分門別類，對(duì)于那些對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)沒(méi)有很大影響的參數(shù)我們將它作為預(yù)訂參數(shù)，那么函數(shù)模型中的計(jì)算量

4、將可以大大減少。目標(biāo)函數(shù)確定之后，找出最優(yōu)解。最后確定約束條件，它包括裂縫寬度約束、尺寸約束、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度約束、應(yīng)力約束。在建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)中，那些規(guī)范要求絕對(duì)不能忽視。1.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中要設(shè)計(jì)出多個(gè)變量以及約束條件，但是我們?cè)谶M(jìn)行設(shè)定計(jì)算方案時(shí)，一般都是無(wú)約束條件進(jìn)行計(jì)算，而使用方法有符合型法和拉式乘子法。那么要在計(jì)算方案設(shè)定中獲得最優(yōu)化的結(jié)果那就要求編制出與之相互適應(yīng)的運(yùn)算程序了。2.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中優(yōu)化技術(shù)應(yīng)用所面臨的幾個(gè)問(wèn)題目前較為廣泛的一項(xiàng)措施是將結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)真正的應(yīng)用到實(shí)踐中去，然后在不改變使用性能的前提下，從而降低工程的造價(jià)，結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)在很多方面都能產(chǎn)生極大的利益：

5、前期設(shè)計(jì)、抗震設(shè)計(jì)、整體設(shè)計(jì)、舊房改造。在時(shí)間應(yīng)用這個(gè)方面中，如下幾點(diǎn)應(yīng)當(dāng)注意。2.1前期參與整體的建筑投資取決于是否確定了前期方案，但關(guān)鍵問(wèn)題在于它并沒(méi)有參與其中，建筑師在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)忽視了建筑工程中設(shè)計(jì)的合理性與可行性，但是，建筑設(shè)計(jì)的結(jié)果與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是緊密相連的，甚至?xí)黾涌偼顿Y以及設(shè)計(jì)的難度。為了在之前就可以根據(jù)建筑類型來(lái)選擇結(jié)構(gòu)形式與設(shè)計(jì)方案，我們必須要在方案初期就有一個(gè)合理的設(shè)計(jì)，這樣才能有一個(gè)扎實(shí)的基礎(chǔ)。2.2細(xì)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化概念設(shè)計(jì)因?yàn)闆](méi)有具體的數(shù)值，所以就需要設(shè)計(jì)人員將結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化方法運(yùn)用的更加靈活，以便將效果發(fā)揮到最好。在優(yōu)化細(xì)部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)當(dāng)中，細(xì)節(jié)部分尤為重要，例如：可

6、以將出現(xiàn)裂縫的異形板改成矩形進(jìn)行合理的運(yùn)用。2.3地基基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理的方案是地基的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是否能夠優(yōu)化的關(guān)鍵，對(duì)于樁基礎(chǔ)來(lái)說(shuō)，要根據(jù)地質(zhì)條件來(lái)選擇，而灌注樁的樁長(zhǎng)取決于樁基層力，所以要進(jìn)行多方比較，從而選出最合適的那個(gè)方案。3.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的作用3.1降低建筑總造價(jià)在結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中，建筑層數(shù)增加，總的建筑面積也會(huì)相應(yīng)增大，那么單位建筑面積就自然減少了，這樣，土地占用面積也減少了，但是樓層層數(shù)增加，每棟樓之間的間距增加，導(dǎo)致基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的荷載增加，結(jié)果我們又要通過(guò)擴(kuò)大土地的占用面積來(lái)增大它的基礎(chǔ)。雖然這樣做可以降低單位面積，但是效果就不怎么顯著了。3.2提高建筑結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)性建筑的層數(shù)提高，墻體面

7、積與柱體積自然也會(huì)增加，那么結(jié)構(gòu)的自重增加，它的承載力也會(huì)相應(yīng)增加，毫無(wú)疑問(wèn)，必須要加長(zhǎng)水、電氣管線，如果降低層數(shù)，可以節(jié)約用料、抗震等，當(dāng)建筑的高度減少，建筑之間的日照距離也會(huì)縮短，用地面積也減少了。相同的建筑面積，那么就選擇平面形狀不同的，這樣外側(cè)周長(zhǎng)自是不同的，我們都知道如果平面模型較為合理，那么許多方面都會(huì)相應(yīng)減少，例如：外墻砌體、外墻周長(zhǎng)、內(nèi)外表裝修、基礎(chǔ)設(shè)施等。同時(shí)如果還能將受力性能提高，那么建筑的經(jīng)濟(jì)性也會(huì)提高。優(yōu)化方法的是將建筑各部分單元協(xié)調(diào)起來(lái)運(yùn)用的，不僅可以更加美觀，實(shí)用性也會(huì)增強(qiáng)，再者工程造價(jià)也能減少，做到這樣，效益要求也能輕松達(dá)到了。目前，因?yàn)榻?jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們?cè)絹?lái)越

8、關(guān)心居住條件及生活環(huán)境，通過(guò)這種優(yōu)化技術(shù)來(lái)優(yōu)化建筑房屋，可以將其結(jié)構(gòu)與美觀相互結(jié)合起來(lái)，而要改善我們的居住環(huán)境就要做到便利、適用、安全、經(jīng)濟(jì)。對(duì)于房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的理念來(lái)說(shuō)，必須以實(shí)際情況作為標(biāo)準(zhǔn)，就如工程建設(shè)的實(shí)際情況，它是通過(guò)控制造價(jià)的成本來(lái)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的，它是結(jié)合許多方案來(lái)建立的一種優(yōu)化設(shè)計(jì)的模型，它的內(nèi)容包括建筑屋蓋系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方案以及圍護(hù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方案，它需要將那些關(guān)鍵的、具有不同影響作用的參數(shù)科學(xué)的進(jìn)行運(yùn)算，最后才可能確定建筑工程的優(yōu)化方案。它的優(yōu)化設(shè)計(jì)有很大的意義重大，不僅提高了建筑結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性、受力性能，減少原料使用、內(nèi)外表的裝修自己用地面積，而且極大限度的將工程的成本造價(jià)降低了。根

9、據(jù)大量的數(shù)據(jù)表示，如果對(duì)它進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)可以節(jié)省25左右的工程成本造價(jià)以及合理化的使用施工材料性能，讓建筑工程的結(jié)構(gòu)內(nèi)部中的各個(gè)單元充分地進(jìn)行相互協(xié)調(diào)，提高建筑工程中結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)效益。在現(xiàn)實(shí)生活中，房屋建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)有物美價(jià)廉、集美觀與實(shí)用于一體以及節(jié)約工程造價(jià)的效果。在任何的一個(gè)投資者的眼中，考慮的因素最主要的是工程成本能否在長(zhǎng)遠(yuǎn)目標(biāo)的實(shí)行下得到有效節(jié)約，以此實(shí)現(xiàn)科學(xué)的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，花最小成本，獲最大利益。4.結(jié)論造價(jià)是房屋建筑工程結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中最值得考慮的一個(gè)因素，這個(gè)技術(shù)的運(yùn)用可以帶來(lái)很大的經(jīng)濟(jì)利潤(rùn)。因此，設(shè)計(jì)人員要堅(jiān)持以經(jīng)濟(jì)性、合理性以及適用性為原則，結(jié)合現(xiàn)代化的科學(xué)技術(shù)手段，選擇出一種設(shè)計(jì)方案，可以在降低工程的造價(jià)的同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)更好的經(jīng)濟(jì)效益?！緟⒖嘉墨I(xiàn)】1饒遠(yuǎn)文.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)及其在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用J.價(jià)值工程，2010，（09）：