麥宗梁
廣東城建達(dá)設(shè)計院有限公司 528200
摘要:近幾年,我國除了經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展外,現(xiàn)代建筑行業(yè)也在不斷的發(fā)展壯大。而目前我國現(xiàn)代建筑的價值不在局限于使用價值上,還具有更高的審美價值。在進(jìn)行房屋結(jié)果設(shè)計的過程中,我們需要從安全、經(jīng)濟(jì)、使用等多方面進(jìn)行綜合考慮,當(dāng)然最重要的還需考慮到美觀的問題??紤]到幾個設(shè)計當(dāng)中的基本問題,我們需要在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中對建筑進(jìn)行優(yōu)化,從而保證空間資源發(fā)揮最大的效用,使得建筑結(jié)構(gòu)變得合理、可靠、安全。站在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法的意義的角度上看,為了更好的優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計,應(yīng)當(dāng)對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的具體方法進(jìn)行全面總結(jié)。
關(guān)鍵詞:建筑結(jié)構(gòu);設(shè)計;優(yōu)化方法
引言
進(jìn)入21世紀(jì)以來,隨著物質(zhì)生活水平的不斷提高,人們的生活理念發(fā)生了巨大的變化。作為人們工作生活的場所,房屋建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計也成為人們關(guān)心的話題。在現(xiàn)代消費(fèi)觀念的影響下,房屋不再僅僅是供人居住辦公,遮風(fēng)擋雨的場所,同時還被賦予了滿足人們審美觀念的新功能。當(dāng)前,除了最基本使用功能外,建筑正在被開發(fā)出越來越多的新用途,同時也是人們實(shí)現(xiàn)審美追求,提高生活格調(diào)重要途徑。建筑設(shè)計師在設(shè)計房屋時,不僅要考慮房屋的使用功能,更要從美學(xué)角度考慮更多的內(nèi)容。只有二者協(xié)調(diào)統(tǒng)一,完美結(jié)合,同時滿足使用者在使用功能和審美要求上的雙重要求,才能成為受人青睞的建筑佳品。房屋建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計包含的內(nèi)容非常廣泛,其根本目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)功能完善、質(zhì)量可靠、符合人們審美情趣的設(shè)計方案。要達(dá)到這個目標(biāo),需要持之以恒的長期學(xué)習(xí)和實(shí)踐,需要汲取其它優(yōu)秀設(shè)計方案的著華,取長補(bǔ)短,融會貫通,不斷優(yōu)化設(shè)計方案,充分利用空間資源,最大程度地滿足房屋使用者的實(shí)際需要。
1建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的內(nèi)涵
影響一座建筑物好壞的因素非常多。一般來講,人們對建筑物的評價來源于三個方面:外形、結(jié)構(gòu)和質(zhì)量。這些都和結(jié)構(gòu)設(shè)計密切相關(guān)。房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計,不僅僅是整個建筑工程賴以實(shí)施的基本根據(jù),更是一個建筑能否充分實(shí)現(xiàn)預(yù)定功能和目標(biāo)的根本保障,是整個建筑工程的核心要素。優(yōu)秀的房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計方案,應(yīng)當(dāng)能夠在有效控制成本投入,降低施工難度的基礎(chǔ)上,充分利用城市中的空間資源和其它資源,大幅提升建筑物的實(shí)用功能和安全質(zhì)量。要取得優(yōu)秀的設(shè)計方案,需要對既有設(shè)計不斷進(jìn)行優(yōu)化改良,從而最大限度地實(shí)現(xiàn)使用者對房屋的功能要求、質(zhì)量要求和審美需要。同時,優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)設(shè)計還能夠有效幫助建設(shè)者節(jié)約資金,降低建設(shè)成本。
2.建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化目的
建筑物除去本身多具有的使用功能外,其外形還具有很高的欣賞價值,能夠讓人們賞心悅目。因此建筑設(shè)計師在進(jìn)行建筑物設(shè)計過程中,一方面要保證建筑物的基本使用功能,另一方面也要將建筑物的外形設(shè)計考慮進(jìn)去。這樣就要求結(jié)構(gòu)設(shè)計與建筑的施工技術(shù)能夠相互協(xié)調(diào)、配合。在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的時候,應(yīng)當(dāng)盡可能的做到安全、適用、經(jīng)濟(jì)、美觀以及施工簡單。我們說的建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計,簡單來講,就是在原有的建筑物工程結(jié)構(gòu)符合施工約束條件的情況下,按照最初的目標(biāo)尋找最適合、最經(jīng)濟(jì)的施工方案的設(shè)計方法。優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)一方面有助于滿足經(jīng)濟(jì)適用建筑的要求,另一方面可能滿足人們對于建筑外形美觀的欣賞要求。比如說:“減少施工成本,提升建筑物的安全性能,建筑物設(shè)計合理化等等。通常而言,優(yōu)化建筑物工程的總體結(jié)構(gòu)以及建筑物工程的部分結(jié)構(gòu)就是優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要內(nèi)容。此外,在進(jìn)行建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的過程中,應(yīng)當(dāng)在滿足設(shè)計規(guī)范和建筑物使用要求的情況下,以實(shí)際情況作為設(shè)計的基準(zhǔn),以最大的程度提高建筑物的綜合效益為目標(biāo)。
3實(shí)現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的一般方法
單純從建筑角度來講,結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化主要分為房屋工程分部結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計和總體結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計兩種。一所房屋的設(shè)計建造,要根據(jù)具體情沉,綜合考慮房屋建筑的人文要求、經(jīng)濟(jì)要求和周圍環(huán)境要求等。合理充分利用資源,實(shí)現(xiàn)各種要素的和諧共存,是建筑房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的基本理念。
3.1建立結(jié)構(gòu)優(yōu)化的模型
實(shí)現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化,首先需要建立一個數(shù)學(xué)模型,重現(xiàn)房屋的各項指標(biāo)和影響因素間的復(fù)雜關(guān)系??梢园凑找韵聨讉€步驟建立模型:
3.1.1合理選擇設(shè)計變量
設(shè)計變量通常優(yōu)先選擇對建筑結(jié)構(gòu)影響大的參數(shù),即和設(shè)計目標(biāo)直接相關(guān)的那些內(nèi)容,如損失的期望C2和結(jié)構(gòu)的造價C1等,還有和限制條件相關(guān)的因素,如結(jié)構(gòu)的可靠度PS等;為了減少設(shè)計量、計算量和編制程序的工作量,還可以把部分因素用預(yù)定參數(shù)來代表,這些參數(shù)通常具有影響細(xì)微、波動不明顯的特點(diǎn),往往通過局部調(diào)整或結(jié)構(gòu)本身就能滿足相關(guān)要求。
3.1.2確定目標(biāo)函數(shù)
出于建造成本的考慮,需要建立一組函數(shù),通過這組函數(shù)可以準(zhǔn)確描述預(yù)定條件中截面幾何尺寸、鋼筋的截面積和相應(yīng)的失效概率之間的關(guān)系。
3.1.3確定約束條件
房屋建筑安全可靠是房屋結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計必須滿足的基本條件,以此出發(fā)可以確定優(yōu)化設(shè)計的約束條件。裂縫寬度、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、構(gòu)件的大小、結(jié)構(gòu)應(yīng)力、結(jié)構(gòu)體系規(guī)格、可塑程度、確定程度等都是常見的約束條件。設(shè)計者要充分比較分析目標(biāo)約束條件和實(shí)際約束條件,確保每個目標(biāo)約束條件都有的放矢,符合實(shí)際,從而為設(shè)計優(yōu)化提供根本保障。
3.2設(shè)定計算方案
以提高安全性、耐久性和適用性為目標(biāo)的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化,往往具有約束條件復(fù)雜、變量眾多、函數(shù)非線性的特點(diǎn),為了方便分析計算,通常采用將有約束的優(yōu)化問題轉(zhuǎn)換成無約束的優(yōu)化問題的方法求解。拉氏乘子法、復(fù)合形法、Powell法等都是常用的優(yōu)化計算方法。
3.3程序設(shè)計
由于計算量巨大,計算過程復(fù)雜,為提高結(jié)果準(zhǔn)確性和精度,通常利用程序來實(shí)現(xiàn)以提高安全性、耐久性和適用性為目標(biāo)的房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的計算過程。編寫的綜合程序要完全符合優(yōu)化設(shè)計模型和計算方案,并具有功能完整、用途齊全、運(yùn)轉(zhuǎn)高效等特點(diǎn)。
3.4結(jié)果分析
結(jié)果分析是房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化過程中非常重要的一步,它直接關(guān)系到優(yōu)化設(shè)計方案的最終選擇。程序運(yùn)算的結(jié)果只是為房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化提供參考依據(jù)和備選方案,并非最終結(jié)果。由于上述模型函數(shù)主要體現(xiàn)的經(jīng)濟(jì)成本上的優(yōu)化,在結(jié)果分析時,設(shè)計者需要把更多的因素納入思考范疇中,在詳細(xì)地比較分析基礎(chǔ)上,選擇出最佳的設(shè)計方案。前文己經(jīng)提到,現(xiàn)代社會的建筑,不僅要滿足實(shí)用功能,同時還需要滿足使用者的審美需求。造價成本和工程質(zhì)量不再是優(yōu)化設(shè)計的唯一標(biāo)準(zhǔn)。設(shè)計者需要從安全性、耐久性、使用功能、經(jīng)濟(jì)效益、施工要求、美觀程度,以及和周圍環(huán)境的和諧統(tǒng)一等方面進(jìn)行全方位多角度的考慮,要分析各種因素的影響,從使用者、建設(shè)方等多個角度考慮,綜合各方意見進(jìn)行比較。任何考慮上的偏頗和疏漏都有可能造成建筑設(shè)計上的缺陷,從而影響建筑的正常使用。必須平衡使用各種資源,才能實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計的最優(yōu)化。
4.結(jié)束語
房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化,本質(zhì)上是一次綜合所有影響的數(shù)據(jù)分析,對設(shè)計者的理論水平和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)提出了非常高的要求。房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計所需要達(dá)到的目標(biāo),絕大多數(shù)情況下不是一個單一的指標(biāo),而是一組指標(biāo)的組合。這些指標(biāo)往往互相影響,既是統(tǒng)一的,又是矛盾的,各有側(cè)重點(diǎn),又相輔相成。設(shè)計者應(yīng)當(dāng)綜合考慮房屋的各種性能,選擇最有助于實(shí)現(xiàn)房屋建筑綜合效益的設(shè)計方案。在保障房屋安全和使用質(zhì)量的前提下,設(shè)計者要用于創(chuàng)新,大膽實(shí)踐,努力尋求更好的設(shè)計路線,應(yīng)用現(xiàn)代化設(shè)計工具,更好地實(shí)現(xiàn)房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計的目標(biāo)。
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