房屋建筑結構設計中應用優(yōu)化技術(shù)分析

胡 敏 九江市建筑設計院

隨著(zhù)現代中國城市化進(jìn)程的加快，建筑工程也在不斷增加，人們對房屋建筑的標準、結構要求也越來(lái)越高。為確保住宅施工建造的安全性，必須重視住宅建造以及優(yōu)化住宅構造?；诖?，本文對房屋建筑結構設計中的優(yōu)化技術(shù)展開(kāi)分析。

結構設計的優(yōu)化內容，包括基礎結構方案的優(yōu)化設計、建筑內圍護結構的總體規劃設計、基礎結構細部的優(yōu)化設計，以及屋蓋體系方案的優(yōu)化設計。為提升建筑物整體性能，需要將安全與美觀(guān)有效結合，這樣不僅可以滿(mǎn)足人們的外觀(guān)需求，也可以滿(mǎn)足建筑物的使用功能。在對結構優(yōu)化設計的過(guò)程中，也包含著(zhù)選型、造價(jià)分析、布置等。

在實(shí)際優(yōu)化的過(guò)程中，需依據實(shí)際情況充分考慮房屋建筑的綜合效益，進(jìn)而對房屋建筑的結構加以?xún)?yōu)化設計。而且在實(shí)際設計的過(guò)程中，也要保證滿(mǎn)足設計意圖，不能改變建筑的使用功能，且確保建筑的構建布置更加合理，以滿(mǎn)足其安全性。此外，也因為轉換層比較薄弱，可能會(huì )產(chǎn)生應力集中的現象，因此需要在豎直方向避開(kāi)轉換層[1]。

結構設計優(yōu)化是決定建筑結構形式的主要因素，為了科學(xué)選擇結構設計類(lèi)型，必須對設計階段優(yōu)化完善，系統化分析現場(chǎng)計算結果，以此選擇最優(yōu)方案。比如，在計算柱子大小與梁的高度時(shí)，要選擇既滿(mǎn)足受力分析又能夠節省空間的選型。

首先，選擇影響參數，將影響較大的作為主要影響參數，而影響不大的作為預定參數。在優(yōu)化計算的過(guò)程中，必須先計算主要參數，然后設定參數用來(lái)調整。

其次，要設定函數，并使用函數求解，按照有關(guān)規范對約束的條件加以設定，使其能夠滿(mǎn)足相關(guān)規范要求，保證結構更加安全、可靠。

對于結構設計優(yōu)化算法來(lái)說(shuō)，會(huì )涉及許多限制條件和變量。所以，在實(shí)際運算時(shí)，必須選擇計算方法，把限制條件轉換為沒(méi)有約束的條件完成運算。因此，計算方法的編寫(xiě)非常關(guān)鍵。在運算方法編寫(xiě)好之后，只要通過(guò)應用計算程序，就能夠得到優(yōu)化的成果。

3.1 降低建筑工程總造價(jià)

在現代化的建筑房屋設計中，住宅樓以及商品樓的樓層數越來(lái)越多，建筑面積也會(huì )更大，而各個(gè)單位的建筑物所占有的土地面積也會(huì )更小，以此節省土地成本。但是，一旦建筑物的樓層數增多，樓和樓之間的間距也會(huì )增大。通過(guò)這樣的方法節約土地面積，占用的土地節約量與樓層數增加比例不同。

對于屋蓋來(lái)說(shuō)，對成本的節約會(huì )比較明顯。如果層高增加導致基礎荷載增加，雖然降低了建筑工程的總成本及總造價(jià)，但也因為占地面積較大，其建設成本也不會(huì )像屋蓋一樣減少得更加直觀(guān)。因此，有必要對結構展開(kāi)優(yōu)化設計，進(jìn)而降低建筑工程的總造價(jià)[2]。

3.2 提高建筑結構經(jīng)濟性

如果房屋建筑的層數增高，每增加一層構件數量就會(huì )增加，從而使得建筑結構增大了自重，同時(shí)各種管道數量也會(huì )增加。但是如果減少樓層，也就能夠節約建筑材料，進(jìn)而提高建筑的抗震特性。與此同時(shí)，假如建筑物的高度降低了，兩個(gè)建筑物間的平均日照間距就會(huì )有所減小，這也會(huì )在一定程度上節約用地面積。

在兩個(gè)建筑高度相當的情況下，不同的建筑結構也會(huì )影響外圍墻的邊長(cháng)。但假如建筑外墻高度近似于方形或者圓形，邊長(cháng)也會(huì )減少，所以能夠減少建筑結構的面積，從而達到建筑結構受力穩定性的合理要求，使建造房屋經(jīng)濟適用。由此可以得知，通過(guò)對結構優(yōu)化設計，可以在一定程度上實(shí)現建筑結構的經(jīng)濟性。

3.3 提高管線(xiàn)工程的設計質(zhì)量

在現代房屋建筑結構設計中，管線(xiàn)工程的建設非常關(guān)鍵，通過(guò)完善的管線(xiàn)設計，可以保證房屋建筑結構的安全性及穩定性。而在住宅建設結構設計中，通過(guò)運用優(yōu)化技術(shù)，能夠在一定程度上改善管線(xiàn)工程項目的設計品質(zhì)以及應用品質(zhì)。在實(shí)際運用優(yōu)化技術(shù)的設計流程中，主要是通過(guò)運用BIM技術(shù)，優(yōu)化管線(xiàn)工程的設計質(zhì)量，以有效提升設計的整體性以及精確度[3]。

3.4 提高空間設計質(zhì)量

隨著(zhù)我國經(jīng)濟的不斷發(fā)展，商品房的銷(xiāo)售價(jià)值將會(huì )更高。施工單位、建筑設計機構及業(yè)主，對于住宅項目的空間效益也將會(huì )有著(zhù)更多需求。所以，在房屋建設的過(guò)程中，將利用空間優(yōu)化技術(shù)，實(shí)現整體空間質(zhì)量的提升，滿(mǎn)足人們居住舒適度需求，并且提升建筑物價(jià)值。

空間優(yōu)化技術(shù)主要運用GIS與BIM等技術(shù)，并以此技術(shù)手段優(yōu)化設計建筑空間。通過(guò)對房屋建筑空間整體分布的優(yōu)化設計，確?？臻g比例更加均勻，從而提高整體空間使用率。

4.1 優(yōu)化設計方案

隨著(zhù)近年來(lái)我國城市化進(jìn)程的不斷加快，建筑業(yè)得到了較好的發(fā)展，使得建筑行業(yè)不斷擴大自己的規模。而在房屋建筑施工過(guò)程中，其所涉及的內容較多，而且施工步驟也更加復雜，導致建筑工程的周期較長(cháng)，資金較大。因此，部分企業(yè)為了提高經(jīng)濟效益，試圖縮短工期，進(jìn)而提高施工效率，導致房屋建筑結構在實(shí)際設計的過(guò)程中，沒(méi)有結合實(shí)際狀況加以分析，使得實(shí)際的設計方案出現了問(wèn)題，嚴重影響施工品質(zhì)。不僅沒(méi)有推進(jìn)施工速度，且還延遲了施工，從而損失了巨大的資源。

而要想有效減少工程設計中出現的問(wèn)題，要求工程設計人員在房屋建筑構件設計過(guò)程中，結合實(shí)際情況制定優(yōu)化設計方案，為建筑結構設計預留出充足的時(shí)間。通過(guò)對設計方案的優(yōu)化，為后期的施工提供支持，防止在實(shí)際施工的過(guò)程中，由于存在設計方面的問(wèn)題而影響施工進(jìn)度。

不僅如此，通過(guò)優(yōu)化設計方案，還可以降低工程造價(jià)，從而合理提升施工水平和施工效益的，降低資源浪費情況，推動(dòng)建筑行業(yè)的平穩發(fā)展[4]。

4.2 充分利用計算機技術(shù)

隨著(zhù)當今科技的日益提升，計算機得到了普遍運用，也顯著(zhù)提升了工作效率，降低人工勞動(dòng)力，簡(jiǎn)化了繁瑣的作業(yè)過(guò)程，從而推動(dòng)國民經(jīng)濟的發(fā)展。所以，在實(shí)際房屋建筑結構建設的過(guò)程中，相關(guān)工程設計技術(shù)人員須與時(shí)俱進(jìn)，在建筑工程結構設計中，全面運用計算機技術(shù)。利用計算機的精確性，協(xié)助工程技術(shù)人員統計數據，對房屋建筑構造的設計提出更為科學(xué)且合理的方案。

通過(guò)對計算機的運用，還能夠對有關(guān)數據加以匯總，構建建筑設計模式，使建筑物的設計更為立體，利于相關(guān)設計人員更為直接地觀(guān)測住宅施工架構設計狀況，分析住宅建筑施工架構設計的合理性，也便利于設計人員調整其存在的工程質(zhì)量問(wèn)題，降低建筑施工埋線(xiàn)的安全隱患，從源頭上降低建筑施工產(chǎn)品質(zhì)量的影響。

4.3 提高設計人員綜合素質(zhì)

在房屋建筑結構的設計中，設計人員屬于執行人員，能夠在一定程度上對建筑質(zhì)量產(chǎn)生影響?，F階段，在對房屋建筑結構設計優(yōu)化的過(guò)程中，設計人員需應用計算機技術(shù)展開(kāi)工作，進(jìn)而使得實(shí)際的設計結構更加安全、合理。但是，若設計人員過(guò)度注重對計算機技術(shù)的應用，也會(huì )為結構的設計優(yōu)化帶來(lái)影響。

雖然計算機技術(shù)可以更加精準地輸入指令，但是卻缺乏對數值全面處理以及數據分析的能力。若出現特殊情形，也將會(huì )產(chǎn)生更大的偏差，從而使得房屋建筑結構設計不具有合理性。所以，在對住宅建筑架構設計優(yōu)化的過(guò)程中，必須提升設計人員的綜合素質(zhì)，保證設計人員能夠切實(shí)了解優(yōu)化技術(shù)的意義，并根據以往工作經(jīng)驗和相關(guān)法規標準，深入研究且不斷的優(yōu)化技術(shù)，從而科學(xué)、合理的運用于住宅建筑架構設計之中[5]。

在實(shí)際對房屋建筑設計的過(guò)程中，建筑設計人員必須綜合考察情況，對建筑物的總體構造加以分析，同時(shí)仔細審查建筑設計參數，并及時(shí)發(fā)現和處理工程設計中的問(wèn)題，以確保建筑構造能夠滿(mǎn)足工程質(zhì)量需求，從而達到對施工企業(yè)效益的合理提升目的[6]。

5.1 加強剪力墻的設計

剪力墻墻肢測試中表明，一旦軸壓比達到了所規定的限值，很難形成可伸縮性剪力墻，影響壓彎構件延性的主要原因就是軸壓比與配箍特征值。對聯(lián)肢墻來(lái)說(shuō)，主要是利用對連接梁完成各墻肢的有效連接，因此如果增大連接柱的強度，則會(huì )增加對構件的抗震影響，連續柱和墻肢之間分配的內力就會(huì )增加，需加大結構的配筋量，所以也會(huì )造成結構材料的浪費。

不僅如此，通過(guò)對剪力墻結構的優(yōu)化，可以發(fā)揮出擴展空間的作用[7]。比如，在某一房屋建筑工程中，因為戶(hù)型的空間較小，優(yōu)化了剪力墻結構設計，取消了框架墻，從而使戶(hù)型具有較大的跨度空間，如圖1、圖2所示。

圖1 原剪力墻結構設計

圖2 剪力墻結構優(yōu)化設計

5.2 注重細部的優(yōu)化

在對整個(gè)設計體系優(yōu)化的過(guò)程中，必須著(zhù)重對建筑結構局部的構造特點(diǎn)做出較為細致的設計。比如，在現澆樓板的設計中，把異型樓板劃分為矩形樓板，這樣不但能合理的受力，還能夠防止出現拐角開(kāi)裂的情況。由于當今時(shí)代計算機技術(shù)和結構優(yōu)化設計理論的進(jìn)一步發(fā)展，可借助并利用計算機對結構優(yōu)化設計建模（如圖3所示），同時(shí)選取架構設計的目標，最后完成對架構設計的優(yōu)化。因此，在實(shí)際優(yōu)化的過(guò)程中，結構優(yōu)化設計將從工程問(wèn)題逐漸轉變成數學(xué)問(wèn)題。

圖3 計算機對結構優(yōu)化設計建模

總而言之，在房屋建筑結構設計中，應用優(yōu)化技術(shù)，也是建筑工程施工發(fā)展的技術(shù)應用趨勢。通過(guò)對優(yōu)化技術(shù)的應用，可以降低建筑工程的總造價(jià)，提高建筑結構的經(jīng)濟性。

因此，相關(guān)工作人員需要注重對優(yōu)化技術(shù)的應用，優(yōu)化完善設計方案，并且對計算機技術(shù)加以運用，以此提高設計人員的綜合設計水平。在實(shí)際應用的過(guò)程中，還要加強剪力墻的設計，并注重細節的優(yōu)化，保證房屋建筑結構的設計質(zhì)量，有效提高建筑結構后期應用性能。