淺談房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用優(yōu)化技術(shù)

方子琪

（江西省旅游集團(tuán)文旅產(chǎn)業(yè)投資發(fā)展有限公司，江西 南昌 330000）

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要指在滿足建筑各項(xiàng)功能要求的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)建筑各項(xiàng)數(shù)據(jù)優(yōu)化，即在所有可選擇的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案中，選擇一個(gè)相對(duì)更為優(yōu)質(zhì)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化可以提升建筑質(zhì)量，滿足用戶對(duì)建筑質(zhì)量要求，同時(shí)通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，還可以在一定程度上節(jié)省建筑工程造價(jià)，促進(jìn)工程整體效益提升。因此近些年建筑企業(yè)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化的重視程度越來越高。

一、房屋建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)應(yīng)用意義

（一）提升房屋建筑工程整體效益

通過房屋建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)可以有效提升房屋建筑結(jié)構(gòu)質(zhì)量與降低房屋建筑造價(jià)，實(shí)現(xiàn)房屋建筑工程整體效益提升。首先，房屋建筑優(yōu)化設(shè)計(jì)便于施工人員提升房屋建筑工程整體建設(shè)質(zhì)量。相關(guān)施工人員可以按照建筑優(yōu)化設(shè)計(jì)方案進(jìn)行施工，確保施工過程與設(shè)計(jì)圖紙一致，保證建筑工程質(zhì)量。其次，通過優(yōu)化設(shè)計(jì)，施工人員可以精細(xì)化計(jì)算具體建筑工程建設(shè)所需要的施工量等，通過調(diào)整施工量實(shí)現(xiàn)對(duì)房屋建筑成本管控。相關(guān)施工企業(yè)可以根據(jù)施工要求與工程合同要求，盡可能地減少非必要建筑結(jié)構(gòu)搭建，并針對(duì)每一處建筑結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)位置進(jìn)行優(yōu)化，減少各建筑結(jié)構(gòu)具體所需施工量，幫助施工企業(yè)減少施工時(shí)間、施工勞動(dòng)量、施工材料量等，在一定程度上降低工程造價(jià)。

（二）符合當(dāng)今建筑行業(yè)的要求

時(shí)代發(fā)展的進(jìn)步和人們?nèi)找嬖鲩L的物質(zhì)文化需要，使人們對(duì)建筑行業(yè)的要求不斷提高，并希望在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面予以空間最大化的利用。房屋建筑的結(jié)構(gòu)優(yōu)化可以使建筑材料達(dá)到最大的利用，使建筑空間更為合理，同時(shí)可以滿足建筑的多元化需求。建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法被使用后，可以滿足對(duì)建筑外觀性和實(shí)用性的雙重要求。

（三）有利于提升建筑質(zhì)量安全

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案是后續(xù)施工的重要依據(jù)，也是決定房屋建筑質(zhì)量安全的關(guān)鍵因素。因此，對(duì)于設(shè)計(jì)人員而言，須將安全擺在第一位。但由于建筑結(jié)構(gòu)的復(fù)雜化及功能需求的多樣化，給設(shè)計(jì)工作帶來了更大的壓力。設(shè)計(jì)人員既需要從整體上考慮建筑結(jié)構(gòu)的協(xié)調(diào)性，又要從細(xì)節(jié)部位考慮功能的實(shí)用性。在這種情況下，借助BIM 系統(tǒng)、ANSYS軟件等一系列先進(jìn)技術(shù)，輔助建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作的開展，可進(jìn)一步提升建筑設(shè)計(jì)方案的安全性。例如，應(yīng)用BIM 系統(tǒng)可達(dá)到“所見即所得”的效果，且在虛擬環(huán)境下生成建筑3D 模型，方便設(shè)計(jì)人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，不斷進(jìn)行優(yōu)化，使設(shè)計(jì)方案更加完善。

二、優(yōu)化房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本原則

（一）安全性原則

安全性是房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要堅(jiān)持的最基本、最首要的原則。房屋建筑的安全性直接影響人們的人身安全和財(cái)產(chǎn)安全。在房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作中，設(shè)計(jì)人員需要把安全性原則作為基礎(chǔ)性原則，綜合考慮各方面因素，排查房屋施工建設(shè)的安全隱患問題，落實(shí)好安全管理工作，加強(qiáng)安全教育宣傳力度。

（二）經(jīng)濟(jì)性原則

由于房屋建筑設(shè)計(jì)所涉及的內(nèi)容有很多，開展設(shè)計(jì)工作、施工建設(shè)都需要用到大量的施工建設(shè)材料和相關(guān)工藝技術(shù)。只有優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，才能夠有效的節(jié)省房屋建筑建設(shè)成本。人們物質(zhì)生活水平的提升，房屋建筑建設(shè)施工的成本也在不斷的增加。在開展結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作時(shí)，設(shè)計(jì)人員需要充分的討論成本問題，有效控制成本，在保證項(xiàng)目建設(shè)的質(zhì)量和安全性的前提下，做好對(duì)資金支出問題的有效控制，提升預(yù)算規(guī)劃的科學(xué)性和有效性，才能夠更好的推動(dòng)房屋建筑工程項(xiàng)目有序、平穩(wěn)、高效進(jìn)行。

（三）耐久性原則

對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)與節(jié)約建筑材料并不同，其是在確保房屋建筑結(jié)構(gòu)的使用壽命及服務(wù)周期的基礎(chǔ)上，再借助專業(yè)的建筑結(jié)構(gòu)知識(shí)并結(jié)合建筑工程的實(shí)際情況從而對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行的設(shè)計(jì)優(yōu)化，這樣對(duì)于房屋建筑的耐久性要求，設(shè)計(jì)優(yōu)化工作也能將其滿足。

（四）保護(hù)環(huán)境原則

在開展建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化工作的過程中，設(shè)計(jì)單位還要注重對(duì)環(huán)境的保護(hù)。綜上所述可以看出房屋建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)優(yōu)化可將工程的質(zhì)量、耐久性以及安全環(huán)保等要求進(jìn)行滿足。在開展工作的過程中，設(shè)計(jì)單位需要對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的模型進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，在獲得相應(yīng)數(shù)據(jù)后通過對(duì)控制參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，可實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，而工程的施工成本也會(huì)得到最大限度地降低。此外，對(duì)于目標(biāo)成本，設(shè)計(jì)單位也要合理明確，在這一過程中，需要對(duì)建筑的成本情況進(jìn)行有效分析，對(duì)相關(guān)的約束條件也要進(jìn)行確定，只有這樣建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)優(yōu)化工作才能更好地開展，而我國的建筑行業(yè)才能得到可持續(xù)的發(fā)展。

（五）可行性原則

房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的可行性原則，要求設(shè)計(jì)人員從房屋建筑的使用場景、功能服務(wù)等幾個(gè)角度出發(fā)，對(duì)綠色建筑設(shè)計(jì)方案與建筑施工技術(shù)進(jìn)行統(tǒng)籌性分析，通過這種系統(tǒng)化分析工作，設(shè)計(jì)人員可以在較短的時(shí)間內(nèi)，評(píng)估房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的可操性，例如對(duì)設(shè)計(jì)思路、設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)等做出相應(yīng)的調(diào)整，通過設(shè)計(jì)方案的細(xì)節(jié)調(diào)整，使得房屋建筑在綠色建筑施工過程中，施工材料的選用、施工機(jī)械的使用、建筑結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)的管控等工作得以順利進(jìn)行?？尚行栽瓌t能在很大程度上幫助施工單位更加全面地進(jìn)行資源配置，減少資源浪費(fèi)情況的發(fā)生，從而實(shí)現(xiàn)房屋建筑結(jié)構(gòu)施工活動(dòng)的經(jīng)濟(jì)效益。

三、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)用優(yōu)化措施

（一）科學(xué)制訂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案

結(jié)構(gòu)選型在房屋建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化中占據(jù)著重要地位。制訂方案之前需要做好前期準(zhǔn)備工作，實(shí)地勘察施工現(xiàn)場，根據(jù)建筑現(xiàn)場的客觀條件和資源統(tǒng)籌安排建筑工序，按照建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行建筑方案設(shè)計(jì)。嚴(yán)格根據(jù)質(zhì)量要求選擇建筑材料和機(jī)械設(shè)備，以保障質(zhì)量為前提條件進(jìn)行控制并優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。

（二）整體優(yōu)化和局部優(yōu)化

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)表現(xiàn)出明顯的層次性和復(fù)雜性。首先，從層次性上來看，其主要涉及到建筑設(shè)計(jì)體系、結(jié)構(gòu)體系和安裝設(shè)計(jì)體系等，且上述每個(gè)體系之下還包括諸多小的分支體系。設(shè)計(jì)人員在開展建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作的時(shí)候，應(yīng)當(dāng)結(jié)合工程的具體情況以及各個(gè)分支的特點(diǎn)加以優(yōu)化，循序漸進(jìn)地解決各環(huán)節(jié)遇到的困難，進(jìn)而確保整個(gè)工程的順利完工。其次，站在復(fù)雜性的層面來看，其主要涉及到建筑原材料的選擇、零部件的選擇以及結(jié)構(gòu)類型的確定等內(nèi)容。所以，不管是哪種類型的房屋建筑，都可從整體和局部出發(fā)進(jìn)行優(yōu)化，最終實(shí)現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平的最大化提升。

（三）地基的優(yōu)化設(shè)計(jì)

地基設(shè)計(jì)是房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)性內(nèi)容。在進(jìn)行房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，需要把地基的優(yōu)化設(shè)計(jì)作為設(shè)計(jì)工作的關(guān)鍵。在開展設(shè)計(jì)工作之前，設(shè)計(jì)人員需要詳細(xì)、全面的考量地基的實(shí)際情況，做好科學(xué)的地質(zhì)勘測，科學(xué)分析和計(jì)算地質(zhì)承受力，還要堅(jiān)持安全性原則，有序、安全、高效的落實(shí)好項(xiàng)目安全實(shí)施。項(xiàng)目負(fù)責(zé)人要肩負(fù)好自身的職責(zé)，全面、細(xì)致的分析地基結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的影響因素，并以此為依據(jù)做出科學(xué)預(yù)案，綜合考慮各方面影響地基設(shè)計(jì)的風(fēng)險(xiǎn)隱患，清晰、明確的梳理安全問題。在施工現(xiàn)場還要安裝防護(hù)設(shè)備。

（四）抗震結(jié)構(gòu)的優(yōu)化

為了使房屋建筑使用質(zhì)量得到提升，并有效避免地震等災(zāi)害對(duì)建筑產(chǎn)生嚴(yán)重影響，做好抗震設(shè)計(jì)是結(jié)構(gòu)優(yōu)化不可忽視的重點(diǎn)?？拐鸾Y(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)盡量采用對(duì)稱設(shè)計(jì)，如果房屋建筑結(jié)構(gòu)為不對(duì)稱設(shè)計(jì)，則需要保持建筑結(jié)構(gòu)平面布置的剛心和質(zhì)心重合。另外，需要設(shè)置多道抗震防線，例如，采用“強(qiáng)柱弱梁”延性框架結(jié)構(gòu)，在水平地震波的作用下，梁結(jié)構(gòu)先于柱結(jié)構(gòu)屈服，因此，可以利用梁的變形消耗地震對(duì)建筑結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的作用力，使框架柱作為保證結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的第二道防線繼續(xù)發(fā)揮對(duì)結(jié)構(gòu)的支撐作用，從而提高整體建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能。

（五）做好混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化

混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)作為房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容，能夠有效改善辦公環(huán)境，實(shí)現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)整體強(qiáng)度的穩(wěn)步提升。具體來看，在辦公樓混凝土設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，設(shè)計(jì)人員需要采取實(shí)地勘察以及數(shù)據(jù)分析的方式，明示施工環(huán)境對(duì)于混凝土自身材質(zhì)的影響，對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)布局進(jìn)行靈活調(diào)整。例如設(shè)計(jì)人員可以通過計(jì)算機(jī)技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)，對(duì)房屋建筑通風(fēng)情況進(jìn)行模擬，通過掌握地質(zhì)、地形等環(huán)境特性，對(duì)室內(nèi)建筑結(jié)構(gòu)的布局進(jìn)行調(diào)整[4]。在采光設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，設(shè)計(jì)人員需要堅(jiān)持綠色設(shè)計(jì)理念。根據(jù)過往經(jīng)驗(yàn)，采光是房屋建筑主要的能耗組成部分，在設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)人員需要充分利用自然光源，通過自然光源的方式，減少采光光源的使用，避免額外電能的使用。在這種思路的指導(dǎo)下，設(shè)計(jì)人員可以借助模擬設(shè)計(jì)的方式，對(duì)采光設(shè)計(jì)方案進(jìn)行反復(fù)測試、調(diào)整等，借助這種手段，設(shè)計(jì)人員可以很好地調(diào)整建筑內(nèi)部的結(jié)構(gòu)布局、采光的強(qiáng)烈程度，更好地提升采光成效與節(jié)能效果。

（六）合理建立優(yōu)化模型

在開展建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化工作的過程中，結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)模型及計(jì)算方案是極為重要的。所謂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化，即是從眾多變量中選擇較為關(guān)鍵的參數(shù)，之后結(jié)合這些參數(shù)建立模型，并計(jì)算出最優(yōu)解。通常情況下，對(duì)模型的構(gòu)建可分為以下幾部分。首先，設(shè)計(jì)人員需要對(duì)設(shè)計(jì)變量進(jìn)行合理選擇，設(shè)計(jì)變量不但對(duì)模型的構(gòu)建起著至關(guān)重要的作用，同時(shí)也關(guān)系著對(duì)參數(shù)的選擇，設(shè)計(jì)人員通過對(duì)模型的設(shè)計(jì)變量進(jìn)行科學(xué)計(jì)算，計(jì)算編程的工作量也會(huì)得到有效地降低。其次便是對(duì)目標(biāo)函數(shù)的明確，在這一過程中，設(shè)計(jì)人員需找到能滿足函數(shù)條件的最優(yōu)解，之后還需對(duì)約束條件進(jìn)行合理確定，其中就包括應(yīng)力、強(qiáng)度以及尺寸等數(shù)據(jù)條件。在落實(shí)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化工作的過程中，設(shè)計(jì)人員需確保這些約束條件可達(dá)到施工標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)定，這樣設(shè)計(jì)的相關(guān)需求也能得到有效的滿足。

結(jié)語

綜上，文章介紹了建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的應(yīng)用意義，列舉了當(dāng)前建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法應(yīng)用需要堅(jiān)持的原則，為保證質(zhì)量的安全、功能的實(shí)現(xiàn)，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段，須應(yīng)用優(yōu)化技術(shù)，通過對(duì)設(shè)計(jì)方案的反復(fù)修改、不斷完善，為后續(xù)的建筑施工提供依據(jù)和參考。為提升房屋建筑的舒適性，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化已成為建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的重要發(fā)展趨勢，相關(guān)研究人員需要對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化方法進(jìn)行研究，提出建設(shè)性的意見與建議，讓房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更具創(chuàng)新性，順應(yīng)市場發(fā)展，促進(jìn)建筑工程綜合效益的提升。