房屋建筑結構設計優(yōu)化方法探究論文
摘要：本文首先概述了建筑結構設計優(yōu)化的重要性，然后介紹了設計優(yōu)化方法的流程，最后闡述了在房屋結構設計中的具體應用，以供參考。
關(guān)鍵詞：建筑結構;設計優(yōu)化;重要性;流程;應用
1、建筑結構設計優(yōu)化的重要性
建筑結構設計優(yōu)化，指的是在設計期間創(chuàng )新設計理念，采用科學(xué)的方法對設計方案進(jìn)行優(yōu)化和篩選，最終保證設計方案能滿(mǎn)足各方面需求。房屋結構設計工作中，采用設計優(yōu)化方法的作用如下：第一，在保證建筑質(zhì)量的基礎上，可以提高經(jīng)濟性、美觀(guān)性；第二，能夠節約建筑成本，有效保護建筑周邊的自然環(huán)境。由此可見(jiàn)，應用設計優(yōu)化方法，能夠提高房屋建筑的綜合效益，滿(mǎn)足不同用戶(hù)的需求，同時(shí)為建筑企業(yè)帶來(lái)更大的經(jīng)營(yíng)利潤。和傳統的建筑結構設計方法相比，設計優(yōu)化能夠降低建設成本，調查顯示能降低30%左右。具體分析認為，通過(guò)設計優(yōu)化，其一能充分利用各種建筑材料和資源，尤其是對內部結構單元進(jìn)行協(xié)調，提高空間使用率；其二實(shí)現設計上的創(chuàng )新，在保證建筑安全的基礎上，延長(cháng)使用壽命，保護居民的人身財產(chǎn)安全；其三能幫助設計人員認真選擇設計方案，提高設計的科學(xué)性、合理性。
2、建筑結構設計優(yōu)化方法的流程
2.1結構模型設計。
第一步，選擇變量。從實(shí)際設計工作中來(lái)看，重要的數值、參數是決定設計方案的依據，這些數據可以作為變量使用。舉例來(lái)說(shuō)，在建設目標中，包括價(jià)格參數、預期損失參數；在工程控制中，包括房屋結構的可靠性參數。設計人員應該選擇變化小、干擾少的參數，才能降低結構設計難度，盡早確定滿(mǎn)足設計目標的數據。
第二步，確定函數。在多個(gè)類(lèi)似的函數中，設計人員應該選擇出最佳的函數，要求滿(mǎn)足房屋截面尺寸、鋼筋尺寸面積，然后對函數的性質(zhì)進(jìn)行分析，以降低建設成本。
第三步，衡量條件。從房屋結構的安全性、耐久性出發(fā)，設計約束指標包括房屋尺寸、架構剛度、變形限度、受力特點(diǎn)、單元組件、墻體裂隙、結構可塑性等。而且，還要考慮到房屋結構的實(shí)際情況，保證各個(gè)條件都滿(mǎn)足規定要求，實(shí)現設計方案的最優(yōu)化。
2.2確定計算方法。
房屋結構的設計伴有大量的計算過(guò)程，對結構設計進(jìn)行優(yōu)化，就是基于復雜變量和多種設計條件下的計算。對于設計人員而言，計算過(guò)程中應該演算各種數據，將附加約束條件轉變?yōu)椴桓郊蛹s束條件，方便得出計算結果。另外，計算方法的種類(lèi)較多，而且各自具有優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，應該根據現實(shí)條件選擇出最為簡(jiǎn)便的計算方法，以節約計算時(shí)間、減輕計算工作量。
2.3選擇最優(yōu)程序。
確定房屋結構模型，并經(jīng)過(guò)計算之后，下一步就要求設計人員從中選擇最優(yōu)程序。對于最優(yōu)程序的要求，
一是具有完整的功能，
二是可以高效運轉。
這種程序是由多個(gè)小程序組合而成，在結構設計中具有重要作用。
2.4分析統計結論。
面對最優(yōu)程序和計算結果，此時(shí)設計人員要對統計結論進(jìn)行分析，明確不同設計方案之間的相同點(diǎn)、不同點(diǎn)，綜合分析后確定最佳設計方案。由于房屋建設成本高，會(huì )涉及多個(gè)當事人的利益，因此設計人員應該從多個(gè)角度進(jìn)行思考[3]。例如從宏觀(guān)角度分析各種利益關(guān)系，處理好經(jīng)濟效益和技術(shù)含量之間的關(guān)系。值得注意的是，片面追求經(jīng)濟效益、不顧技術(shù)創(chuàng )新的做法是不可取的；應該在保證技術(shù)含量的基礎上，盡量降低經(jīng)濟成本。
3、在房屋結構設計中的具體應用
3.1整體和局部?jì)?yōu)化�？v觀(guān)建筑工程設計的共同特點(diǎn)，主要是復雜性、層次性?xún)蓚�(gè)方面。具體到復雜性，指的是原材料、零部件、結構類(lèi)型的確定；具體到層次性，指的是結構體系、安裝體系、設計體系等，每個(gè)體系又包含著(zhù)諸多下屬體系。房屋建筑結構的設計工作，要求設計人員從每個(gè)下屬體系入手，打破不同布局之間的關(guān)聯(lián)性，實(shí)現工程疊加的效果。由此可見(jiàn)，房屋建筑結構的優(yōu)化設計，應該將落腳點(diǎn)放在整體上，而不是局部上，只有這樣才能滿(mǎn)足設計要求。
3.2基礎結構優(yōu)化�；A是房屋建筑結構的關(guān)鍵部位，基礎質(zhì)量決定了建筑整體的質(zhì)量，因此對基礎結構進(jìn)行優(yōu)化具有重要意義。從基礎結構類(lèi)型來(lái)看，常見(jiàn)如樁基礎、條形基礎、獨立基礎等，優(yōu)化內容在于基礎設計應該滿(mǎn)足施工標準，考慮到地質(zhì)條件的差異性。以樁基礎為例，計算抗拔樁的承載力時(shí)，首先應該從土層參數入手，確定承載力特征值；然后根據這一數值計算出抗拔樁的鋼筋數量，確保滿(mǎn)足承載力要求；最后實(shí)施靜載試驗，從實(shí)驗數據評價(jià)樁基礎設計的科學(xué)性。
3.3上部結構優(yōu)化。建筑工程的上部結構具有多種類(lèi)型，因此設計優(yōu)化方案也應該具有針對性，具體如下：
第一，磚混結構，優(yōu)化設計時(shí)應該避免在承重墻上開(kāi)較大洞口；設置構造柱、墻垛長(cháng)度、建筑層數時(shí)，嚴格按照相關(guān)規范執行；結構體系中不要采用混合承重的形式。
第二，框架結構，首先合理布置柱網(wǎng)、柱距，確保整體結構的安全性和經(jīng)濟性。其次，單純從平面布局來(lái)看，兩側剛度稍大、中部剛度稍小，能夠避免扭轉過(guò)大的現象，增強結構的抗震性能。最后，梁截面、柱截面應該合理設計，避免過(guò)大或過(guò)小，不僅影響美觀(guān)性，還會(huì )浪費材料，而且要保證梁和柱的中線(xiàn)相互重合。
第三，剪力墻結構，一方面應該確保結構重心、建筑平面形心相吻合，從而提高建筑剛度，避免出現分布不均的情況。另一方面，在保證結構計算安全的前提下，剪力墻和建筑隔墻應該相互重合，如此有利于提高空間利用效率，增強舒適程度。
綜上所述，隨著(zhù)生活水平的提升，人們對于房屋建筑結構的設計需求也在不斷增加，實(shí)現結構設計的綜合效益，成為人們追求的目標。在設計優(yōu)化方法中，包括結構模型設計、確定計算方法、選擇最優(yōu)程序、分析統計結論四個(gè)步驟，能夠對房屋建筑的整體和局部、基礎結構、上部結構進(jìn)行優(yōu)化，以促進(jìn)建筑質(zhì)量的提升。
作者:周福林 單位:四川省冶金設計研究院
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