房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化探析

房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化探析

劉小輝

（汕頭市升平建筑設(shè)計院有限公司  515000）

【摘要】建設(shè)房屋首先要保障其安全性，房屋經(jīng)濟性能強、適用范圍廣、建設(shè)方便、外觀精美等多種要求已經(jīng)成為群眾的購房基本標(biāo)準(zhǔn)，為了在競爭愈加激烈的建筑市場中取得優(yōu)勢，建設(shè)單位對房屋結(jié)構(gòu)的設(shè)計便顯得尤為重要。本文首先分析了建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化的重要性，對房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法的應(yīng)用進行探討，最終得出建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的一般步驟。

【關(guān)鍵詞】房屋；建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計；優(yōu)化分析

1. 前言

建筑物性能指標(biāo)有很多，安全性是其基本要求。但一棟建筑物是否容易被消費者接受、購買，僅安全性能優(yōu)越無法滿足群眾需要， 其結(jié)構(gòu)是否完整、 外形是否美觀、實用性能好壞都已經(jīng)影響到房屋的居住舒適度、整體功能的發(fā)揮。房屋結(jié)構(gòu)的建設(shè)成本是整個住房建設(shè)工程中資金投入主要部分，進行結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化，可以直接降低工程項目資金投入，同時也保證住房的質(zhì)量和其外形的美觀。優(yōu)秀的房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計方案不僅能降低建筑成本，也可以方便施工人員進行具體操作，同時充分利用建筑物周邊資源，提高建筑物實用性能、經(jīng)濟性能和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

2. 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的重要性

2.1  建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法的概念

建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化是為了在滿足房屋建筑基本功能要求下，提高房屋的居住舒適度，在滿足房屋質(zhì)量安全的條件下，使房屋更美觀，減少建筑成本。這種設(shè)計優(yōu)化方法一般是將空間資源、設(shè)備資源、經(jīng)濟資源和材料資源進行合理配置，使得整體效益最大化，最大優(yōu)勢在于它比傳統(tǒng)設(shè)計可以大幅節(jié)省工程造價。進行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化時，要一切從實際出發(fā)，盡量減小質(zhì)量中心和剛度中心的差異，確保建筑承受水平負(fù)荷時扭轉(zhuǎn)程度很小，同時建筑平面結(jié)構(gòu)要采取對稱規(guī)則方式，在垂直負(fù)荷作用下承重構(gòu)件可以上下貫通。

2.2  建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法的意義

進行建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，不僅可以實現(xiàn)建筑物的使用價值、經(jīng)濟價值和美學(xué)價值，還可以降低建筑成本、保護建筑物周邊生態(tài)環(huán)境。進行結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化，首先保障了結(jié)構(gòu)功能性的完整，對不同種類的房屋，根據(jù)其具體需求，在結(jié)構(gòu)造型、受力性能、結(jié)構(gòu)材料等各方面進行最優(yōu)配置，如選擇圓形結(jié)構(gòu)進行平面設(shè)計可以提高結(jié)構(gòu)最大承受力；其次結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計可以大幅節(jié)約造價，建筑企業(yè)提高經(jīng)濟效益的有效手段之一便是節(jié)約造價成本，現(xiàn)代房屋建筑大多是多層建筑、 高層建筑， 層數(shù)越多，建筑面積越多，建筑結(jié)構(gòu)要承受的力也越大，承重墻、梁和柱的質(zhì)量品級、抗震性能等性能指標(biāo)要求也更高，原材料成本就會提高，合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計可以使用更少原材料來達(dá)到各質(zhì)量性能指標(biāo)，實現(xiàn)結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟安全。

3. 房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法應(yīng)用

3.1  整體優(yōu)化和局部優(yōu)化

建筑設(shè)計項目的層次性比較明顯，一般包括設(shè)計體系、結(jié)構(gòu)體系和安裝體系等，每個體系中包含很多分支體系，在進行房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計時要對不同分支進行優(yōu)化，層層遞進，最終完成整個工程設(shè)計。建筑設(shè)計項目一般比較復(fù)雜，并且建設(shè)環(huán)節(jié)較多，關(guān)聯(lián)性大，進行分階段優(yōu)化可以讓每個環(huán)節(jié)的效率提高，在材料選取、零部件選擇、結(jié)構(gòu)類型選擇方面效率更高。局部優(yōu)化、整體優(yōu)化會使得項目整體效益更大，給建筑設(shè)計企業(yè)帶來更大經(jīng)濟效益。

3.2  樁基和上部結(jié)構(gòu)優(yōu)化

樁基主要有灌注樁和預(yù)制樁兩種類型，灌注樁施工時較為復(fù)雜，工期長，質(zhì)量難把控，而預(yù)制樁在制造時就滿足相應(yīng)的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，具有量化的韌度和強度，當(dāng)建設(shè)項目工程質(zhì)量要求可以由預(yù)制樁滿足時，一般選用預(yù)制樁。住房建筑上部結(jié)構(gòu)中剪力墻的分別對房屋質(zhì)量好壞有著較大影響，一般將剪力墻對稱放置，將對稱樓層平面中心和同樓層結(jié)構(gòu)重心重疊到一起，在地震等極端情況下，可以更有效的支撐房屋，提高房屋不完全倒塌的概率。

3.3  建筑給排水系統(tǒng)優(yōu)化

給排水系統(tǒng)是房屋結(jié)構(gòu)中重要組成部分之一，每棟建筑物都會有一個專業(yè)的給排水專用房間，該房間內(nèi)往往會有很多機械設(shè)備，負(fù)荷量較大，如果將水泵安置在地下室內(nèi)，不僅可以節(jié)約建筑空間，還可以減少水泵壓力。給排水房間內(nèi)一般有較多管道，管道穿墻部分要進行加固，防止長久使用后晃動，同時避免管道貫穿承重墻，加強結(jié)構(gòu)布設(shè)與管網(wǎng)體系的協(xié)調(diào)性。

3.4  建筑電氣系統(tǒng)優(yōu)化

電氣設(shè)施在當(dāng)今社會已無法缺少，房屋在結(jié)構(gòu)設(shè)計時必須考慮電氣導(dǎo)線穿插安放路線、插座位置分布等，在設(shè)計時要考慮到如果管線需要貫穿建筑梁，在建筑梁制造時要預(yù)留出孔洞，并保證梁寬與墻體厚度相同，如果無法達(dá)到相同要求，要保證墻體的一側(cè)平面與梁側(cè)平面平齊，即保證導(dǎo)線在墻體內(nèi)。高層房屋建筑中幾乎都包含電梯房間，空洞很多，預(yù)埋構(gòu)件較多，在設(shè)計時要單獨計算強度要求，保障建筑的安全性。

4. 建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計一般步驟

4.1  建立建筑結(jié)構(gòu)模型

建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計首先要建立最符合現(xiàn)實情況的模型，建模過程一般分為三個階段 ：

（1）變量的選擇。變量一般選擇會對最終設(shè)計方案選擇起決定作用的那些數(shù)值，如：工程的目標(biāo)參數(shù)，包括房屋價格參數(shù)和預(yù)期損失參數(shù)；工程的控制與約束參數(shù)，包括房屋價格可靠性能參數(shù)等等。如果選用變化幅度小，考慮因素少的參數(shù)作為參考指標(biāo)，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計、編程計算時工作量會大幅減少，模型處理難度會大幅降低。

（2）函數(shù)的確定。挑選多組相似函數(shù)中房屋橫截面尺寸和鋼筋尺寸面積最符合的一組，使用這組函數(shù)進行分析，最大程度減少房屋建造成本。

（3）約束條件的判定。約束條件一般包括房屋大小、架構(gòu)穩(wěn)定性及剛性、橫梁受力限度和變形限度、墻體裂痕限度、單元組件規(guī)格、架構(gòu)體系規(guī)格、結(jié)構(gòu)可塑程度等等。在設(shè)計時， 設(shè)計者要根據(jù)具體情況，對實際中的約束性條件進行分析，確保各項條件滿足相關(guān)規(guī)定，來達(dá)到設(shè)計結(jié)果的最優(yōu)化。

4.2  選擇計算方法

在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中計算很多，優(yōu)化設(shè)計過程就是進行復(fù)雜變量和多種設(shè)計條件的計算過程。對于整個建筑項目中所有的數(shù)據(jù)進行計算，要注意附加條件的約束，對計算出的不符合規(guī)范或?qū)嶋H情況的結(jié)果進行舍棄。選擇最簡便的計算方法，獲得精確的結(jié)果，節(jié)省時間和精力。

4.3  選擇最優(yōu)程序

當(dāng)模型和計算方法都確定后，設(shè)計人員要選擇最優(yōu)的程序，即功能完整、用途齊全、運轉(zhuǎn)高效的程序，一般由若干可以實現(xiàn)某特定功能的小程序組成，在結(jié)構(gòu)設(shè)計上發(fā)揮著重要作用。

4.4  分析統(tǒng)計結(jié)論

進行各種數(shù)據(jù)統(tǒng)計匯總之后，設(shè)計者要對采集到的數(shù)據(jù)進行分析，尋找不同設(shè)計方案之間的區(qū)別和各自的特色、優(yōu)點，通過全方面綜合衡量，選擇出最佳方案作為施工方案。在選擇最終施工方案時，設(shè)計人員要全面考慮，不能忽視細(xì)節(jié)方面的問題，確保建造好的房屋無論在質(zhì)量安全方面、還是在美觀舒適方面都達(dá)到最優(yōu)的效果。

5. 總結(jié)

房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化是一項復(fù)雜程度高，對建筑項目整體效益有著巨大影響的建設(shè)前期工程。它要實現(xiàn)房屋的安全、耐用、實惠、美觀、舒適，一般是在各種設(shè)計方案中進行挑選并進行適當(dāng)改進，符合當(dāng)前建筑項目實際情況，使得各種資源充分利用，最終實現(xiàn)房屋的各種價值。設(shè)計人員在進行房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計時首先要遵守設(shè)計的基本規(guī)則，也要采用新型技術(shù)，為建筑企業(yè)節(jié)約更多成本，提高房屋建筑項目的經(jīng)濟效益。

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） ，2013，4（25）

[2]龔強.房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化 [J]. 江西建材，2014，7（15）

[3]王也.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(yīng)用 [J]. 中華民居（下旬刊） ，2013，3（25）

[4]周漢杰.建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用[J].中華民居 （下旬刊） ，2014，1（25）

[5]劉沂川.關(guān)于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化法在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用探究 [J]. 科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2014，5（8）