摘要：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)主要指的是在建筑行業(yè)中設(shè)計(jì)部門和設(shè)計(jì)人員遵循“經(jīng)濟(jì)、合理、適用”的原則，采用現(xiàn)代化的先進(jìn)技術(shù)，合理優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和環(huán)節(jié)的新型技術(shù)。本文正是基于對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)的分析，闡述其在民用房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，為未來(lái)建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)置提供一些可行性思路。

　　關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù),民用房屋結(jié)構(gòu),設(shè)計(jì),應(yīng)用,建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)論文

　　1、前言

　　近年來(lái)，我國(guó)建筑業(yè)不斷發(fā)展，取得了一些可喜的成果。但是仍然出現(xiàn)資源浪費(fèi)嚴(yán)重、造價(jià)成本過(guò)高的現(xiàn)象。這為建筑企業(yè)的未來(lái)發(fā)展帶來(lái)了隱患。其中建筑結(jié)構(gòu)的造價(jià)在建筑項(xiàng)目整體造價(jià)上占有很大比例。如何優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)的造價(jià)是擺在設(shè)計(jì)人員面前的一道難題。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)的產(chǎn)生正好解決了當(dāng)前的問題。其設(shè)計(jì)原則是：經(jīng)濟(jì)、合理、適用，這樣大大降低了建筑工程的造價(jià)成本，也為企業(yè)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

　　2、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)的應(yīng)用和意義

　　建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)主要應(yīng)用于兩方面：房屋工程分部結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)以及房屋工程結(jié)構(gòu)的總體優(yōu)化設(shè)計(jì)。房屋工程分部結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)由四部分組成：基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)方案、結(jié)構(gòu)細(xì)部設(shè)計(jì)、圍護(hù)結(jié)構(gòu)方案、屋蓋系統(tǒng)方案。其中針對(duì)以上四部分還具體分為布置、造價(jià)分析、選型、受力分析的優(yōu)化設(shè)計(jì)。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化主要是根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙和設(shè)計(jì)規(guī)范的要求，結(jié)合具體的工程情況，圍繞“經(jīng)濟(jì)、合理、適用”的原則以及經(jīng)濟(jì)效益的目標(biāo)進(jìn)行結(jié)構(gòu)上的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

　　近年來(lái)，中國(guó)在不斷倡導(dǎo)構(gòu)建可持續(xù)發(fā)展的和諧社會(huì)，建筑業(yè)也不例外，更是將經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益的和諧作為重中之重。建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)優(yōu)化正好體現(xiàn)了這種思想，注重將長(zhǎng)遠(yuǎn)利益與眼前利益結(jié)合起來(lái)，發(fā)展可持續(xù)性的新型建筑結(jié)構(gòu)。其較傳統(tǒng)的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相比，降低了5%—30%的工程造價(jià)。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)主張全面合理的利用設(shè)備材料的性能，完善并協(xié)調(diào)建筑的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，保證建筑的安全性和效用性，達(dá)到“經(jīng)濟(jì)、合理、適用”的目的。

　　3、在民用房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中所應(yīng)注意的問題

　　民用房屋的主要受眾群體為廣大的老百姓。其對(duì)住房的要求，更注重經(jīng)濟(jì)、適用、美觀、合理、性價(jià)比高等因素。所以在對(duì)民用房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，更應(yīng)該考慮其自身的獨(dú)特的要求。

　�、俳Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與工程造價(jià)

　　民用建筑樓層的層數(shù)與建筑面積造價(jià)有直接聯(lián)系。但是對(duì)于房屋工程分部結(jié)構(gòu)的聯(lián)系不大，例如，由于樓層的不斷增多基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)部分的荷載逐漸增大，這就要求不斷增加基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的承載力，但與之相反基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)部分的單位面積的造價(jià)會(huì)隨著樓層的增加而開始遞減；承重結(jié)構(gòu)一般包括：梁、柱、承重墻等。這些會(huì)根據(jù)樓層的變化而增加承載和抗震、承重的能力，因此在造價(jià)上也要不斷提高；屋蓋系統(tǒng)不會(huì)因?yàn)闃菍訉訑?shù)的增加而發(fā)生變化，都可以共用一個(gè)屋蓋。

　�、诟邔幼≌�結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與經(jīng)濟(jì)性

　　樓層的高度與工程造價(jià)有著密不可分的關(guān)系。樓層越高，所花費(fèi)在墻體面積、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等地方的費(fèi)用會(huì)越高，投入也越大。從優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的角度分析，降低層數(shù)是節(jié)約能源、節(jié)省材料、縮小日照距離、節(jié)約用地的好方法。

　　相同建筑面積時(shí)，建筑形狀也會(huì)影響其結(jié)構(gòu)的造價(jià)。所以，一般設(shè)計(jì)師傾向于選用矩形作為樓房結(jié)構(gòu)形狀。這是因?yàn)榫匦蔚耐鈮χ荛L(zhǎng)系數(shù)最小，外墻內(nèi)外表面裝修、砌體基礎(chǔ)等部位也會(huì)減小，同時(shí)，矩形受力性能好，造價(jià)普遍比其他形狀要低，既方便又實(shí)用。

　�、劢Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的平面布置與豎向布置

　　在建筑結(jié)構(gòu)的平面布置上要盡量做到對(duì)稱和規(guī)則，減少剛度中心和質(zhì)量中心的差異，以免在水平荷載的重壓下發(fā)生扭轉(zhuǎn)出現(xiàn)斷裂。豎向布置上，要盡量滿足功能需求，做到豎向承重分布均勻，上下貫通，減少扭轉(zhuǎn)層的運(yùn)用。同時(shí)，豎向剛度做到漸變，避免由于突變使水平荷載出現(xiàn)應(yīng)力聚集，影響結(jié)構(gòu)抵抗水平動(dòng)力的荷載。

　�、芙ㄖ�與用地

　　高層民用建筑中，整體的建筑面積是各樓層建筑面積的總和。在占地面積固定的情況下，樓層越高，建筑總面積會(huì)越多，但平均的單位建筑面積會(huì)減少。另外，樓層的高度越高，總高度也會(huì)隨之增加，使得房屋的間距有所加大。顯然，樓層數(shù)與用地的節(jié)約量之間沒有本質(zhì)關(guān)系。所以在優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上可以忽略用地的因素。

　　4、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法

　　賞心悅目的建筑是建筑的美觀與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相互協(xié)調(diào)密切配合的結(jié)果。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)追求適用、安全、經(jīng)濟(jì)、美觀和便于施工五種效果，而建筑設(shè)計(jì)優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)方法的應(yīng)用不但滿足了建筑美觀、造型優(yōu)美的要求又能使房屋結(jié)構(gòu)安全、經(jīng)濟(jì)、合理，成為實(shí)際意義上的“經(jīng)濟(jì)適用”房。從建筑上分析結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法，它主要體現(xiàn)在房屋工程分部結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)和房屋工程結(jié)構(gòu)總體的優(yōu)化設(shè)計(jì)量方面。

　　房屋工程分部結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)包括：基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)方案的優(yōu)化設(shè)計(jì)、屋蓋系統(tǒng)方案的優(yōu)化設(shè)計(jì)、圍護(hù)結(jié)構(gòu)方案的優(yōu)化設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)細(xì)部設(shè)計(jì)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。對(duì)以上幾個(gè)方面的優(yōu)化設(shè)計(jì)還包括選型、布置、受力分析、造價(jià)分析等內(nèi)容，在實(shí)施過(guò)程中，還應(yīng)該按照一切從實(shí)際出發(fā)的原則，結(jié)合具體工程的實(shí)際情況，圍繞房屋建筑的綜合經(jīng)濟(jì)效益的目標(biāo)進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)在滿足設(shè)計(jì)意圖后，盡量使平面布置規(guī)則，縮小剛度和質(zhì)量中心的差異，這樣水平荷載就不會(huì)使建筑物有太大的扭轉(zhuǎn)作用。豎直方向上應(yīng)避開使用轉(zhuǎn)換層，減少應(yīng)力集中現(xiàn)象。

　�、俳Y(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)模型

　　結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化就是在各種影響變量中選擇主要參數(shù)，并建立函數(shù)模型，運(yùn)用科學(xué)合理的方法得出最優(yōu)解。結(jié)構(gòu)總體的優(yōu)化建立模型的大致步驟如下：一是設(shè)計(jì)變量的合理選擇。通常的設(shè)計(jì)變量選擇對(duì)設(shè)計(jì)要求影響較大的參數(shù)，將所涉及的參數(shù)按照各自的重要性區(qū)分，將對(duì)變化影響不大的參數(shù)定為預(yù)定參數(shù)，通過(guò)這種方法可減少很多計(jì)算編程的工作量。二、目標(biāo)函數(shù)的確定。使用函數(shù)找出滿足既定條件的最優(yōu)解。最后，約束條件的確定。房屋結(jié)構(gòu)可靠度優(yōu)化設(shè)計(jì)的約束條件，包括了應(yīng)力約束、裂縫寬度約束、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度約束、尺寸約束、從正常時(shí)的極限狀態(tài)下彈性約束到終極狀態(tài)的彈塑性約束、從可靠指標(biāo)約束到確定性約束條件等。設(shè)計(jì)中，要保證各約束條件必須符合現(xiàn)行規(guī)范的要求。

　�、诮Y(jié)構(gòu)優(yōu)化計(jì)算方案

　　結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化設(shè)計(jì)多個(gè)變量、多個(gè)約束條件，屬于一個(gè)非線性的優(yōu)化問題，設(shè)定計(jì)算方案時(shí)，常將有約束條件轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)約束條件來(lái)計(jì)算。常用的方法有拉氏乘子法、符合型法、Powell等。完成計(jì)算方案的設(shè)定后只需編制相應(yīng)適用的運(yùn)算程序即可得到我們的最終優(yōu)化結(jié)果。

　　5、結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)在民用建筑機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

　�、俑拍钤O(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)和建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

　　概念設(shè)計(jì)優(yōu)化是設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)之前結(jié)合實(shí)際的建筑經(jīng)驗(yàn)對(duì)建筑的結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理性的、多方案的一種“理想化“設(shè)計(jì)。它更注重對(duì)同一建筑方案的不同結(jié)構(gòu)布置設(shè)計(jì)；對(duì)同一分析中的設(shè)計(jì)參數(shù)、荷載取值的不同；對(duì)建筑細(xì)節(jié)的不同處理；對(duì)同種荷載情況下的不同分析方式。見圖1

　　圖1優(yōu)化技術(shù)設(shè)計(jì)的流程

　�、诟拍钤O(shè)計(jì)處理的實(shí)際建筑設(shè)計(jì)問題

　　概念設(shè)計(jì)優(yōu)化的關(guān)鍵內(nèi)容在于如何應(yīng)對(duì)建筑物可能出現(xiàn)的不確定因素。例如：我國(guó)是一個(gè)地震高發(fā)地區(qū)，每年因?yàn)榈卣鹚�發(fā)生的樓房倒塌所造成的人員傷亡很多。地震超強(qiáng)的破壞力和無(wú)法預(yù)測(cè)性是我們?cè)诮Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中必須考慮的，采取一定的防震措施，加強(qiáng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的抗壓性以及抗震性，提高遇到災(zāi)害的防御能力。具體設(shè)計(jì)如下：采取多道設(shè)防思想，使次要構(gòu)件先發(fā)生損壞，減耗部分地震能量，增加人員生還的機(jī)會(huì)，盡可能降低地震所帶來(lái)的損失。多道設(shè)防思想在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中十分重要，應(yīng)作為重要的指導(dǎo)思想貫徹其中；采取對(duì)稱、剛度均勻的結(jié)構(gòu)，減少地震對(duì)結(jié)構(gòu)的不利影響，保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和固定性；采取延性設(shè)計(jì)，增加韌性，防止結(jié)構(gòu)在地震中出現(xiàn)脆性破壞，帶來(lái)不必要的人員傷亡。

　　6、總結(jié)

　　建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)是建筑工程中對(duì)實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性的完美追求，更是現(xiàn)今建筑行業(yè)高科技、高環(huán)保，現(xiàn)代化的體現(xiàn)。合理運(yùn)用建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，強(qiáng)化資源配置，使各環(huán)節(jié)，各資源都呈現(xiàn)和諧，達(dá)到經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益的雙豐收。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1]張紅友.優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)減少建設(shè)投資成本[J].陜西建筑,2008,(11).[2]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)

　　[3]孫有果.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的具體應(yīng)用探討[J].科技致富向?qū)?2011,(26).

　　[4]潘亮.房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)的應(yīng)用[J].科技風(fēng),2011,(12).

　　[5]鄒俊.建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的現(xiàn)實(shí)應(yīng)用[J].科技傳播,2010,(19).

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