淺談結(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、<p>　　淺談結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用</p><p>　　摘要：本文首先強調(diào)了結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的意義、原則及要點，繼而指出了房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化措施，最后分析了結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化理論在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中的合理性評估。旨在促進(jìn)建筑市場的進(jìn)一步發(fā)展。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化；房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計；應(yīng)用 </p><p>　　1. 結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化概述 &l

2、t;/p><p><b>　　1.1意義 </b></p><p>　　相較傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計而言，結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化能夠大幅降低房屋建筑的工程造價，降低幅度甚至高達(dá)25%；結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化能夠充分發(fā)揮材料的性能，使房屋結(jié)構(gòu)各組成單元實現(xiàn)有機協(xié)調(diào)；結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化能夠為建筑整體性方案設(shè)計提供科學(xué)的決策?？偠灾Y(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的有效應(yīng)用，能使房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計更加適用，更加安全，更加經(jīng)濟，更加美觀，

3、更加便于施工。 </p><p><b>　　1.2原則 </b></p><p>　　結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的意義在于充分發(fā)揮材料性能，實現(xiàn)各構(gòu)件以及各設(shè)計專業(yè)的最佳配合。它不僅具備了傳統(tǒng)設(shè)計方案所要求的安全性，也充分體現(xiàn)了如今社會所提出的價值學(xué)及審美學(xué)特點。結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化是一個不斷提高結(jié)構(gòu)設(shè)計水平的過程。結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化過程中，不應(yīng)該降低對結(jié)構(gòu)安全度及抗震性能的要求，而是使房屋建

4、筑物在整體上更為協(xié)調(diào)，不僅實現(xiàn)成本方面的降低，還要實現(xiàn)安全方面的提高。 </p><p><b>　　1.3要點 </b></p><p>　　1.3.1遵循結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范 </p><p>　　結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化給設(shè)計人員提出了較高的要求，既要求他們經(jīng)驗豐富，又要求他們熟悉并遵循相關(guān)的結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范。規(guī)范由于面向大眾工程，因而，在某些規(guī)定上會較為保守。

5、另外，對于某些復(fù)雜結(jié)構(gòu)設(shè)計而言，有些規(guī)定并不安全。因此，在具體操作過程中，設(shè)計人員要予以判斷、把握和優(yōu)化，從而促進(jìn)結(jié)構(gòu)設(shè)計質(zhì)量的進(jìn)一步提高。 </p><p>　　1.3.2加強各專業(yè)之間的協(xié)作 </p><p>　　結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化是一個復(fù)雜而系統(tǒng)的工作，需要多專業(yè)密切協(xié)作。在房屋建筑建設(shè)過程中，建筑設(shè)計和結(jié)構(gòu)設(shè)計是兩個最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，二者有機結(jié)合，一方面能夠提高外觀效果，另一方面能夠降低工

6、程造價。在某些建筑設(shè)計中，設(shè)計人員為了突出方案的新奇效果，至建筑基本力學(xué)規(guī)律于不顧，給后續(xù)的結(jié)構(gòu)設(shè)計造成了諸多困難。所以，只有加強各專業(yè)之間的協(xié)作，才能實現(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理化。 </p><p>　　2.房屋結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計的措施 </p><p>　　對房屋結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，其目的在于合理降低工程造價的成本費用，同時為房屋的落成后的總體經(jīng)濟效益提供基礎(chǔ)條件，結(jié)合實踐設(shè)計經(jīng)驗，筆者提出了以下

7、三點優(yōu)化措施。 </p><p>　　2.1 選擇節(jié)能指標(biāo)較高的結(jié)構(gòu)類型 </p><p>　　選擇不同的房屋結(jié)構(gòu)形式，也就相當(dāng)于選擇了不同工程造價的建設(shè)模式，最為常見的結(jié)構(gòu)設(shè)計模式有如下三種：1）剪力墻結(jié)構(gòu)，該種結(jié)構(gòu)形式一般適用于高層建筑，是混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程的進(jìn)一步延伸。相較短肢剪力墻而言，該種結(jié)構(gòu)形式擁有更高的抗震級別，另外，在構(gòu)造鋼筋使用數(shù)量方面也較少；2）框架結(jié)構(gòu)。不僅具有大開間

8、的特點，而且具有布局靈活的優(yōu)勢，還具有造價成本較低的優(yōu)點，其缺點是抗震能力不強，由于柱截面較大，容易形成的柱角等凸出，給家具布置帶來了諸多不便；3）框架一剪力墻結(jié)構(gòu)。該種結(jié)構(gòu)是指將一定數(shù)量的剪力墻有機地融入到框架結(jié)構(gòu)中。該種結(jié)構(gòu)合理大方，具有較強的適用能力，可以承受各種不同的變形壓力，經(jīng)實踐證明是一種抗側(cè)力較好的結(jié)構(gòu)。 </p><p>　　上述三種結(jié)構(gòu)模式各具優(yōu)缺點，所以，在選擇結(jié)構(gòu)模式的過程中，不可以片面地認(rèn)

9、為所謂科學(xué)合理的方案指的是造價最低的方案，除此之外，應(yīng)根據(jù)房屋業(yè)主的具體需求，還有建設(shè)單位的投資水平以及施工能力等各方面條件對結(jié)構(gòu)類型的選用展開綜合分析，追求將投資與收益之間的最佳平衡，換而言之，以工程客觀條件為依據(jù)，選擇最為合適的結(jié)構(gòu)模式。 </p><p>　　2.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計信息優(yōu)化技術(shù) </p><p>　　對房屋建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計的過程中，將會受到多種設(shè)計變量條件的影響，所以，采用

10、單一的方法對結(jié)構(gòu)優(yōu)化進(jìn)行優(yōu)化，是很難做到的?？紤]到房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計本身所具有的復(fù)雜性，需要研發(fā)一種既簡單又實用的參數(shù)定義優(yōu)化軟件，從而減輕設(shè)計者進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化時的工作壓力，以實現(xiàn)精力及時間的節(jié)省。目前，房屋結(jié)構(gòu)優(yōu)化領(lǐng)域較為常用的系統(tǒng)是TBCAD系統(tǒng)。該種系統(tǒng)是針對結(jié)構(gòu)方案設(shè)計、建模、 分析以及評估等步驟為一體的成本控制軟件系統(tǒng)。該種系統(tǒng)能夠?qū)Y(jié)構(gòu)方案設(shè)計進(jìn)行一定的指導(dǎo)，幫助方案在實現(xiàn)人力、物力以及財力等各項資源的最優(yōu)配置。系統(tǒng)的信息通常被分成

11、兩個時間段進(jìn)行優(yōu)化，第一個時間段是通過對材料的分配調(diào)整，利用最少的混凝土用量以達(dá)到側(cè)向剛度的最低要求，該時間段中，系統(tǒng)的目標(biāo)函數(shù)是混凝土的使用量，而結(jié)構(gòu)構(gòu)件的斷面大小則被視作設(shè)計的變量。 第二個時間段將會對構(gòu)件的強度進(jìn)行優(yōu)化，通過對構(gòu)件結(jié)構(gòu)的斷面大小以及鋼用量的適當(dāng)調(diào)整，只需要相對較少的結(jié)構(gòu)造價便可實現(xiàn)構(gòu)件的強度要求。 </p><p>　　2.3 各種功能結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計內(nèi)容 </p><p&

12、gt;　　結(jié)構(gòu)抗震的經(jīng)濟化設(shè)計，通常針對高層房屋建筑展開。在高層建筑結(jié)構(gòu)總體造價中，水平荷載結(jié)構(gòu)造價占了非常大的一個比例，所以，在抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計中，造價控制的關(guān)鍵之處在于抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的設(shè)計。值得注意的是，當(dāng)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。所以，應(yīng)該針對抗側(cè)力結(jié)構(gòu)展開優(yōu)化設(shè)計，從而確保造價方面的優(yōu)勢。上文已經(jīng)對常見結(jié)構(gòu)形式進(jìn)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(dá)到的經(jīng)濟效果卻存在很大的差異。所以，設(shè)計人員

13、對房屋結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計時，應(yīng)該深入了解并掌握各種結(jié)構(gòu)模式的抗震性能以及經(jīng)濟指標(biāo)，既要把握好房屋的體型，也要把握好房屋的結(jié)構(gòu)體系，還要把握好房屋的剛度分布等，針對抗震的薄弱環(huán)節(jié)展開一系列的抗震構(gòu)造改善措施，盡可能地降低抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計的實際成本。 </p><p>　　3.結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化理論在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中的合理性評估 </p><p>　　房屋建筑工程的設(shè)計方案，從總體角度分析，包括各種各樣、種類繁

14、多的結(jié)構(gòu)設(shè)計和布置。當(dāng)房屋結(jié)構(gòu)被確定之后，即便載荷相同，也仍舊有諸多不同類型的分析方案可供選擇。另外，在具體的分析過程中，不管是設(shè)計載荷、材料，還是參數(shù)的取值都有可能發(fā)生一定的變化。房屋建筑工程在細(xì)部處理方面也存在很多差異。上述這些問題僅僅憑借計算機設(shè)計優(yōu)化是難以有效解決的，需要人工輔助分析，對各項設(shè)計及相關(guān)數(shù)據(jù)取值進(jìn)行合理性的評估，當(dāng)然在評估過程中，應(yīng)遵循結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的內(nèi)在規(guī)律，更為穩(wěn)妥的做法是結(jié)合工程設(shè)計施工經(jīng)驗有目的、有步驟地實施

15、判斷。由此可見，概念優(yōu)化設(shè)計具有兩層含義，一是設(shè)計師從若干備選方案中擇取最優(yōu)，二是對既定的方案進(jìn)行修飾美化[7]。 </p><p><b>　　4.結(jié)語 </b></p><p>　　結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化是一個復(fù)雜而系統(tǒng)的工程，需要相關(guān)人員通力合作，采用正確的結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法，并應(yīng)用到具體實踐中去，從而最大限度體現(xiàn)結(jié)構(gòu)優(yōu)化的價值，提高結(jié)構(gòu)安全度和抗震性的同時，有效降低工程造

16、價。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn)： </b></p><p>　　[1] 隋國龍. 優(yōu)化技術(shù)及在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品. 2011（03）. </p><p>　　[2] 盧建勇. 如何搞好房屋建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計[J].中國房地產(chǎn)業(yè). 2011（03）. </p><p>　　[3] 張

17、文朝，孔露露. 房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化技術(shù)的應(yīng)用[J].中國城市經(jīng)濟. 2011（14）. </p><p>　　[4] 佟月強，郝明. 試論結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化技術(shù)及在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用[J].科技與企業(yè). 2012（08）. </p><p>　　[5] 饒遠(yuǎn)文. 結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化技術(shù)及其在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用[J].價值工程. 2010（09）. </p><p>