關(guān)鍵詞：結構設計優(yōu)化設計技術(shù) 房屋結構設計 應用

　　摘要：人們物質(zhì)需求及市場(chǎng)價(jià)格變化使得建筑的成本攀升，利用結構設計優(yōu)化的方法對建筑結構進(jìn)行優(yōu)化設計是實(shí)現資源最大化的重要手段，本文建立了結構設計優(yōu)化設計方法的模型及計算方法，同時(shí)強調了其在房屋結構設計應用中的注意事項，在建筑實(shí)踐中具有極強的可操作性，同時(shí)結構設計優(yōu)化也給建筑市場(chǎng)的發(fā)展帶來(lái)了深遠的意義。

　　近年來(lái)，由于土地價(jià)格市場(chǎng)的變化，不斷上漲的土地價(jià)格給開(kāi)發(fā)商的建筑總成本控制帶來(lái)了極大的壓力，同時(shí)，人們對于居住條件及生活環(huán)境的要求不斷提高，相應建筑產(chǎn)品的品質(zhì)要求也就不斷提高，這就讓開(kāi)發(fā)商不斷尋求新的手段滿(mǎn)足顧客需求，而降低工程造價(jià)就成為開(kāi)發(fā)商追求的直接目標，這就需要我們利用結構設計優(yōu)化設計技術(shù)方法，提高有限空間、有限資源的最大化效果發(fā)揮，實(shí)現經(jīng)濟化、實(shí)用性和適用性的良好目標。

　　一、結構設計優(yōu)化方法

　　賞心悅目的建筑是建筑的美觀(guān)與結構設計相互協(xié)調密切配合的結果。建筑結構設計追求適用、安全、經(jīng)濟、美觀(guān)和便于施工五種效果，而建筑設計優(yōu)化設計技術(shù)方法的應用不但滿(mǎn)足了建筑美觀(guān)、造型優(yōu)美的要求又能使房屋結構安全、經(jīng)濟、合理，成為實(shí)際意義上的“經(jīng)濟適用”房。從建筑上分析結構設計優(yōu)化方法，它主要體現在房屋工程分部結構的優(yōu)化設計和房屋工程結構總體的優(yōu)化設計量方面。

　　房屋工程分部結構優(yōu)化設計包括：基礎結構方案的優(yōu)化設計、屋蓋系統方案的優(yōu)化設計、圍護結構方案的優(yōu)化設計和結構細部設計的優(yōu)化設計。對以上幾個(gè)方面的優(yōu)化設計還包括選型、布置、受力分析、造價(jià)分析等內容，在實(shí)施過(guò)程中，還應該按照一切從實(shí)際出發(fā)的原則，結合具體工程的實(shí)際情況，圍繞房屋建筑的綜合經(jīng)濟效益的目標進(jìn)行結構優(yōu)化設計。進(jìn)行結構設計時(shí)，應在滿(mǎn)足設計意圖后，盡量使平面布置規則，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作用。豎直方向上應避開(kāi)使用轉換層，減少應力集中現象。

　�。�1）結構優(yōu)化設計模型

　　結構設計優(yōu)化就是在各種影響變量中選擇主要參數，并建立函數模型，運用科學(xué)合理的方法得出最優(yōu)解。結構總體的優(yōu)化建立模型的大致步驟如下：一是設計變量的合理選擇。通常的設計變量選擇對設計要求影響較大的參數，將所涉及的參數按照各自的重要性區分，將對變化影響不大的參數定為預定參數，通過(guò)這種方法可減少很多計算編程的工作量。二、目標函數的確定。使用函數找出滿(mǎn)足既定條件的最優(yōu)解。最后，約束條件的確定。房屋結構可靠度優(yōu)化設計的約束條件，包括了應力約束、裂縫寬度約束、結構強度約束、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、從可靠指標約束到確定性約束條件等。設計中，要保證各約束條件必須符合現行規范的要求。

　�。�2）結構優(yōu)化計算方案

　　結構設計優(yōu)化設計多個(gè)變量、多個(gè)約束條件，屬于一個(gè)非線(xiàn)性的優(yōu)化問(wèn)題，設定計算方案時(shí)，常將有約束條件轉變?yōu)闊o(wú)約束條件來(lái)計算。常用的方法有拉氏乘子法、符合型法、Powell等。完成計算方案的設定后只需編制相應適用的運算程序即可得到我們的最終優(yōu)化結果。

　　二、結構設計優(yōu)化技術(shù)的實(shí)踐應用

　　結構設計優(yōu)化方法應用于實(shí)踐之中，是目前一個(gè)比較廣泛的課題，利用結構優(yōu)化的方法在不改變適用性能的前提下達到降低工程造價(jià)的目的。結構設計優(yōu)化設計應用于項目的整體設計、前期設計，舊房改造，抗震設計等設計的各分部環(huán)節，發(fā)揮著(zhù)巨大的效益。在按照結構設計優(yōu)化的方法及模型進(jìn)行實(shí)踐的過(guò)程中，要注意下面的幾個(gè)問(wèn)題。

　�。�1）結構設計優(yōu)化應注意前期參與

　　因為前期方案的確定直接影響建筑的總投資，而現在存在的普遍問(wèn)題就是前期方案階段結構設計并不進(jìn)行參與，建筑師進(jìn)行建筑設計時(shí)大多并不考慮結構的合理性以及它的可行性，但是建筑設計的結果卻直接對結構設計造成影響，某些方案可能會(huì )增加結構設計的難度，并使得建筑的總投資提高。如果在方案的初期，結構優(yōu)化設計就能參與進(jìn)來(lái)，那么我們就能針對不同的建筑類(lèi)別，選擇合理的結構形式，合理的設計方案，獲得一個(gè)良好的開(kāi)端。

　�。�2）概念設計結合細部結構設計優(yōu)化

　　概念設計應用于沒(méi)有具體數值量化的情況，例如地震設防烈度，因為它的不確定性，計算式難免與現實(shí)有較大的差異，在進(jìn)行設計的時(shí)候就要采用概念設計的方法，把數值作為輔助和參考的依據。設計過(guò)程中需要設計人員靈活的運用結構設計優(yōu)化的方法，達到最佳的效果。

　　與宏觀(guān)把握相對應的，設計的過(guò)程同時(shí)要注意對于細部的結構設計優(yōu)化，比如現澆板中的異形板拐角處易出現裂縫，可劃分為矩形板。注意鋼筋的選擇，I級鋼和冷軋帶肋鋼市場(chǎng)價(jià)格差不多，但是他們的極限抗拉力卻相差很大，所以在塑性滿(mǎn)足要求的情況下，現澆板的受力鋼筋就可選擇冷軋帶肋鋼筋。在做里面設計的時(shí)候，外立面上的懸挑板及配筋，滿(mǎn)足基本的規范要求即可，達到既安全又經(jīng)濟的目的。

　�。�3）下部地基基礎結構設計優(yōu)化

　　地基基礎的結構設計優(yōu)化首先要選擇合適的方案，如果為樁基礎，那么要根據現場(chǎng)地質(zhì)條件選擇樁基類(lèi)型，盡量節省造價(jià)。樁端持力層對灌注樁樁長(cháng)的選擇影響很大，應多進(jìn)行比較以確定最合適的方案。

　　三、結構設計優(yōu)化的現實(shí)意義

　�。�1）結構優(yōu)化設計降低總造價(jià)

　　進(jìn)行結構優(yōu)化設計中，多層住宅和高層住宅相比較，層數越多，總建筑面積增大，單位建筑面積占用的土地面積就越小，節約了用地成本，但建筑層數的增多，建筑總高度也會(huì )加大，樓與樓之間的間距也要加大，這時(shí)占用的土地節約量就不與建筑層數增加比例相同了。另如屋蓋部分，一棟樓只有一個(gè)屋蓋，并不會(huì )因為層數的增加而有所改變，它的成本下降會(huì )比較明顯。對于基礎部分而言，雖然也是各層共用的，但是層數增加，傳給基礎的荷載將會(huì )增大，我們需要增大基礎，這樣單位面積的造價(jià)有所降低，但是卻沒(méi)有屋蓋的效果那樣明顯。

　�。�2）進(jìn)行結構設計優(yōu)化提高建筑結構經(jīng)濟性

　　建筑的層高增加，由于墻體面積和柱體積增加，結構的自重會(huì )增加，基礎和柱的承載力相應增加，水衛和電氣的管線(xiàn)會(huì )加長(cháng)；相反降低層高，可節省材料，有利用抗震，同時(shí)建筑的總高度減小，兩建筑之間的日照距離就會(huì )減小，間接的節約了用地。建筑面積相同，建筑使用不同的平面形狀時(shí)，它的外墻周長(cháng)也就會(huì )不同，這樣當選擇圓形或是越接近于方形時(shí)，外墻周長(cháng)系數就越小，基礎、外墻砌體、內外表面裝修都隨之減少，同時(shí)其受力性能也得到提高，增強了建筑的經(jīng)濟性能。

　　與傳統的結構設計相比，采用結構設計優(yōu)化方法可以使建筑工程造價(jià)降低6%-34%.優(yōu)化方法的技術(shù)性實(shí)現，可以最合理的利用材料性能，使建筑結構內部各單元得到最好的協(xié)調，不僅可以實(shí)現建筑美觀(guān)、實(shí)用，而且在造價(jià)方面也有較大的節省，達到了建筑工程設計對適用、安全、經(jīng)濟、美觀(guān)和便于施工的一般要求。通過(guò)使用優(yōu)化設計手段，達到這5個(gè)方面的最佳結合，符合現今建筑商對于建筑結構的效益的需求，也符合市場(chǎng)可持續發(fā)展的需求。

　　參考文獻：

　　[1]談建筑結構的優(yōu)化設計[J].建筑科學(xué)，2009（4）。

　　[2]張紅友。優(yōu)化結構設計減少建筑投資成本[J]. 陜西建筑，2008（11）。

　　[3]馬臣杰，張良平，范重。優(yōu)化技術(shù)在深圳京基金融中心中的應用[J]. 建筑結構，2009（4）。

　　[4]盧亦焱，黃銀燊，唐紅。房屋加層外框架結構方案的優(yōu)化設計[J]. 哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報，2009（4）。

　　[5]肖偉。通過(guò)房屋結構優(yōu)化設計提高房屋抗震性能[J]. 福建建筑，2008（11）。