摘要：房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化就是利用最少的造價(jià)和有限的資源、空間，實(shí)現(xiàn)房屋安全、適用、經(jīng)濟(jì)、美觀的綜合最優(yōu)化。本文通過建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的方法及意義，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的技術(shù)，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的步驟及建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性四個(gè)方面對(duì)房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化進(jìn)行分析。

　　關(guān)鍵詞：房屋;結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);優(yōu)化分析

　　Abstract: the design of building structure design of the building structure optimization is the use of the least cost and limited resources, space, realize building security, is applicability, economy, and beautiful integrated optimization. This article through the building structure design optimization method and significance, building structure design optimization technology, building structure optimization design of building structural design steps and the economy of the four aspects to building structural design of the optimization design of the building structure is analyzed.

　　Keywords: houses; Structure design; Optimization analysis

　　中圖分類號(hào)：S611 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：

　　房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化就是最大程度上利用有限的資源和空間，以最低的工程造價(jià)，實(shí)現(xiàn)房屋安全性、經(jīng)濟(jì)性、適用性和美觀性等的綜合最優(yōu)化[1]。采用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法，在使房屋內(nèi)部功能結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)的同時(shí)，有效降低工程的造價(jià)。房屋建設(shè)是一項(xiàng)投資巨大的工程，因此，房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須要全方位且多角度地考慮各方面的因素，正確處理房屋經(jīng)濟(jì)性與技術(shù)功能的對(duì)立統(tǒng)一關(guān)系。建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)要盡量避免以下兩種情況：一是過分強(qiáng)調(diào)經(jīng)濟(jì)性，重視資金節(jié)約和減低造價(jià)，忽略房屋設(shè)計(jì)的技術(shù)、功能要求。二是過分強(qiáng)調(diào)房屋的技術(shù)和功能，忽略房屋的造價(jià)，造成資金的浪費(fèi)。

　　一、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的方法及意義

　　1. 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的方法

　　建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的方法分為對(duì)房屋的分部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化方法和對(duì)房屋總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化方法[2]。房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化一般包含以下幾個(gè)方面的內(nèi)容：對(duì)房屋基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化;對(duì)房屋頂部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化;對(duì)房屋的護(hù)圍支撐結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化以及對(duì)房屋總體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)及細(xì)節(jié)部分進(jìn)行優(yōu)化;最重要的是在房屋設(shè)計(jì)要求及設(shè)計(jì)規(guī)范內(nèi)，在滿足房屋功能及技術(shù)要求的前提下，合理降低工程造價(jià)，即對(duì)房屋的造價(jià)進(jìn)行最優(yōu)化設(shè)計(jì)。

　　2. 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的意義

　　建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的意義在于可以最大程度地充分利用資源與空間，高效利用材料與設(shè)備，使房屋結(jié)構(gòu)功能合理、協(xié)調(diào)，安全可靠。實(shí)現(xiàn)房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的“安全性、適用性、經(jīng)濟(jì)性、美觀性”的最優(yōu)化設(shè)計(jì)。

　　二、房屋設(shè)計(jì)中建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的技術(shù)

　　1.概念設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)與房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化相結(jié)合

　　概念設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)就是設(shè)計(jì)人員根據(jù)設(shè)計(jì)的一般規(guī)律和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的多種方案進(jìn)行分析并擇優(yōu)選擇方案的過程。建筑物的結(jié)構(gòu)布置，房屋細(xì)節(jié)部位的處理，載荷的確定及儀器設(shè)備參數(shù)的選取等都需要設(shè)計(jì)人員進(jìn)行概念設(shè)計(jì)。概念設(shè)計(jì)需要設(shè)計(jì)人員對(duì)方案進(jìn)行全面的、綜合的分析，從而選擇出最佳方案。

　　2. 概念設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)與實(shí)際建筑的設(shè)計(jì)問題相結(jié)合

　　在地震等不可預(yù)期的自然災(zāi)害中，房屋一旦倒塌或損壞，將會(huì)對(duì)人們的生命財(cái)產(chǎn)造成嚴(yán)重的損失。因此，房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須考慮抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化。對(duì)房屋的抗震設(shè)計(jì)而言，概念設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)尤為重要。因?yàn)榈卣鸢l(fā)生的復(fù)雜性和強(qiáng)度的不確定性，使得計(jì)算設(shè)計(jì)很難進(jìn)行。而概念設(shè)計(jì)是綜合考慮決定抗震性能的各種因素和造價(jià)因素，選擇抗震性和經(jīng)濟(jì)性最強(qiáng)的方案[3]。房屋抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中概念設(shè)計(jì)的指導(dǎo)思想是小震不壞、中震可修、大震不倒的分類設(shè)防抗震思想和多道設(shè)防思想。多道設(shè)防思想是指在發(fā)生大地震時(shí)，先破壞房屋次要的結(jié)構(gòu)，消耗地震能量，盡量保證房屋的主體結(jié)構(gòu)不遭到破壞。通過概念設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)，結(jié)合房屋建筑的實(shí)際情況，使房屋在各種不確定的外部災(zāi)害的作用下避免坍塌和損壞，盡量將損壞程度及經(jīng)濟(jì)損失減小到最低。

　　三、房屋設(shè)計(jì)中建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的步驟

　　1.構(gòu)造結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化模型。

　　設(shè)計(jì)優(yōu)化模型的構(gòu)造一般分為三步進(jìn)行。第一步是選擇合適的設(shè)計(jì)變量。一般選擇對(duì)建筑結(jié)構(gòu)影響較大的參數(shù)變，這樣可以有效簡化設(shè)計(jì)工作和減少計(jì)算量。第二步是確定目標(biāo)函數(shù)。在滿足設(shè)計(jì)要求及規(guī)范的條件下，使房屋設(shè)計(jì)的造價(jià)最小。第三步是確定約束條件。約束條件包括各個(gè)方面，比如應(yīng)力約束條件、強(qiáng)度約束條件等。

　　2.選定結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方案。

　　房屋建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)優(yōu)化問題是多變量、多約束條件的非線性優(yōu)化問題。在計(jì)算過程中，需要先將問題轉(zhuǎn)化為無約束條件的線性優(yōu)化問題。[4]一般來說，房屋設(shè)計(jì)優(yōu)化問題的求解過程比較復(fù)雜，需要通過計(jì)算機(jī)編程來實(shí)現(xiàn)。

　　3.進(jìn)行計(jì)算機(jī)編程

　　根據(jù)建立的模型及優(yōu)化方案，進(jìn)行計(jì)算機(jī)編程。計(jì)算機(jī)編程應(yīng)選擇運(yùn)算速度快且功能較全的編程軟件。在編程時(shí)要選擇合適的方法，需考慮的因素有：編寫及形成程序所需花費(fèi)的工作量及其他代價(jià);解出所要求的最優(yōu)化問題，計(jì)算機(jī)執(zhí)行程序所花費(fèi)的時(shí)間和費(fèi)用;程序預(yù)期的可靠性，即是否有把握達(dá)到所期望的結(jié)果;程序的通用性，即是否可以用它來解決其他問題?？傊瑧?yīng)從經(jīng)濟(jì)效益出發(fā)，選擇合適的方法，使程序達(dá)到最優(yōu)的預(yù)期結(jié)果。

　　4.結(jié)果分析

　　通過結(jié)果分析，選出最佳的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化應(yīng)綜合考慮各種因素，以期達(dá)到安全、經(jīng)濟(jì)與實(shí)用的綜合最優(yōu)化。

　　四、房屋設(shè)計(jì)中建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性

　　1.房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中用地面積方面的經(jīng)濟(jì)性

　　隨著時(shí)代的發(fā)展，我國大中型城市出現(xiàn)了大批高層甚至超高層建筑結(jié)構(gòu)。此類房屋建筑的總面積是各層建筑的面積之和。因此，房屋層數(shù)越多，單位面積的房屋占用的建筑土地面積越小。但是隨著房屋層數(shù)的增多，房屋設(shè)計(jì)的總高度也會(huì)增加，這導(dǎo)致相鄰建筑的日照距離增加，使一定建筑面積房屋的總數(shù)目減少。此外，房屋層數(shù)越高，需要的投資越高，抗震設(shè)計(jì)難度及造價(jià)也顯著增大。綜上，單位房屋用地面積并不總是隨著房屋層數(shù)的增大而提高。因此，通過優(yōu)化設(shè)計(jì)，綜合考慮安全性和經(jīng)濟(jì)性等各個(gè)方面問題，選出最佳的房屋建筑層數(shù)。

　　2.房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中造價(jià)方面的經(jīng)濟(jì)性

　　由于房屋的建筑層數(shù)直接影響單位面積房屋占用的建筑土地面積，則房屋建筑層數(shù)也會(huì)直接影響房屋單位面積的造價(jià)，進(jìn)而影響整個(gè)建筑的經(jīng)濟(jì)性。隨著房屋設(shè)計(jì)的層數(shù)增加，房屋建筑的墻、柱的等承重結(jié)構(gòu)的載荷增大，抗震設(shè)計(jì)方面的造價(jià)會(huì)顯著增大，導(dǎo)致房屋建筑單位面積的造價(jià)升高[5]。此外，無論建筑物層數(shù)是多少，建筑物頂部的面積不會(huì)改變。因此，隨著房屋層數(shù)的增高，建筑物頂部單位面積的造價(jià)會(huì)降低。房屋的公共基礎(chǔ)部分是建筑結(jié)構(gòu)的重要組成部分。房屋層數(shù)增大，基礎(chǔ)承受的載荷也會(huì)相應(yīng)增大，導(dǎo)致造價(jià)的升高，同時(shí)，房屋建筑的總面積也顯著增大。一般來講，房屋建筑基礎(chǔ)單位面積的造價(jià)會(huì)隨著層數(shù)的增加呈現(xiàn)先減少后增加的趨勢。綜上所述，需要采用設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)，選取最適的建筑設(shè)計(jì)層數(shù)。

　　3.高層住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性

　　由上面的分析可知，隨著建筑層數(shù)的增加，住宅的墻體及柱體等支持結(jié)構(gòu)的面積會(huì)增加。這會(huì)使住宅的水、電、天然氣等的管線長度增加，增加造價(jià)。相反，降低建筑物層數(shù)，一方面可以節(jié)約材料，有利于抗震設(shè)計(jì)，另一方面，可以減少房屋建筑的總高度，進(jìn)而減少相鄰建筑物之間的日照距離，使有限建筑面積可建設(shè)的房屋總數(shù)目增加。

　　五、結(jié)束語

　　房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化需要全方位、多角度地考慮各種因素，以達(dá)到安全性、適用性、經(jīng)濟(jì)性和美觀性的綜合最優(yōu)化。這幾個(gè)方面是矛盾統(tǒng)一的關(guān)系，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化就是找到其最佳組合方式。房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化要求我們在實(shí)踐中善于思考、敢于探索，努力實(shí)現(xiàn)用最低的造價(jià)實(shí)現(xiàn)最大的經(jīng)濟(jì)效益的優(yōu)化目標(biāo)。

　　參考文獻(xiàn)：

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