關于建筑結構設計優(yōu)化設計的探討

1、<p>　　關于建筑結構設計優(yōu)化設計的探討</p><p>　　摘要：對于建筑結構設計優(yōu)化來說，其在建筑結構設計中極為重要，因為合理的選擇結構的設計方案不僅能夠到達相應的技術要求，還能夠減少經(jīng)濟上的消耗。然而，建筑結構設計優(yōu)化是一個極為復雜且綜合性比較強的系統(tǒng)性問題，所以我們必須加大對建筑結構設計優(yōu)化方法進行深入的研究。本文對建筑結構設計優(yōu)化方法在房屋結構設計中的應用做出了相應的研究，并對結構設計優(yōu)化的

2、相關的方法與步驟進行了詳細介紹。 </p><p>　　關鍵詞：結構設計； 設計；優(yōu)化 </p><p>　　中圖分類號：TU3 文獻標識碼：A </p><p>　　1、結構設計優(yōu)化方法的理論體現(xiàn) </p><p>　　當我們進行結構設計以及工程項目的相關設計的時候，不僅要對設計對象的安全性可靠性以及其基本使用功能進行必要的考慮外，設計還要

3、盡可能的突出建筑的美感，這些便是結構以及工程項目的最優(yōu)化的相關問題。也就是說利用相應的數(shù)學上的方法，對所有設計方案進行必要的分析比較，得出最滿意的設計方案，以滿足預期的目標。 </p><p>　　從理論上對結構設計優(yōu)化方法進行相關的分析可知，房屋工程結構總體的優(yōu)化設計以及房屋工程分部結構的優(yōu)化設計是結構設計優(yōu)化方法在實際應用中具體的表現(xiàn)。房屋工程結構總體的優(yōu)化設計主要是對圍護結構、屋蓋系統(tǒng)以及結構細部等進行相應

4、的設計方案的優(yōu)化設 </p><p>　　計。在設計的時候還必須考慮到相應的布置、選型、造價以及受力等方面的問題，然后根據(jù)工程的實際情況以及結合房屋建筑相應的經(jīng)濟性，對建筑結構進行相應的優(yōu)化設計。 </p><p>　　為了適應時代發(fā)展的要求，建筑的結構形式必須不斷的進行必要的創(chuàng)新。對于建筑結構的設計師來說，要確保建筑結構具有一定的安全保證，在此基本上考慮設計出新的結構形式。 </p

5、><p>　　對于建筑結構的設計，我們要求盡量縮小質量中心和剛度中心的差異以及建筑的平面結構盡量對稱與規(guī)則，不過這些必須滿足設計師的基本設計意圖。還要要求在水平荷載作用下建筑物不會產(chǎn)生很大的扭轉效應。必須在滿足建筑相應的功能條件下，在豎直方向布置盡量讓豎直方向的相應的承重構件上下貫通。在結構設計中，為了減少結構設計與分析上的難度以及經(jīng)濟性，我們應該盡量避免使用轉換層結構。對豎直方向的剛度也有著相應的要求，要求剛度的變

6、化必須是漸變的而不是突變的，否則在剛度突變的地方會出現(xiàn)嚴重的應力集中，這不利于建筑結構抵抗水平方向的動力載荷作用。 </p><p>　　2、結構設計優(yōu)化技術的現(xiàn)實意義 </p><p>　　對建筑結構的設計進行必要的優(yōu)化，在對于房屋結構相關的設計中的應用意義重大，不僅能夠滿足了建筑的實用與美觀，而且還可以有效地對工程造價進行控制。對于建筑商來說，其當然希望用最少的投資，而獲得最大的收益，

7、然而又必須對建筑結構的科學性、可靠性以及安全性做出保證，這必然要求對結構設計進行優(yōu)化。 </p><p>　　結構設計優(yōu)化和傳統(tǒng)房屋結構設計進行比較我們可以發(fā)現(xiàn)：運用設計優(yōu)化的技術能夠降低建筑的工程造價（6 ～ 35％）。結構設計優(yōu)化技術能夠使得建筑結構內(nèi)部的每個單元都得到最佳的協(xié)調，并可以對材料的性能進行最合理的利用。這樣不僅能夠保證相關規(guī)定的安全系數(shù)，還能夠實現(xiàn)對建筑結構設計的經(jīng)濟性與實用性。 </p&

8、gt;<p>　　3、結構設計優(yōu)化技術在建筑結構設計中的步驟 </p><p>　　3.1建立結構優(yōu)化的模型 </p><p>　　在我們對房屋結構整體進行必要的優(yōu)化設計時候，可以分成三步進行建筑結構的設計優(yōu)化。下面將對每一步驟進行詳細的介紹： </p><p>　　3.1.1要對設計變量進行合理的選擇 </p><p>　　通

9、常在對設計變量進行選擇時，我們把對建筑結構影響的主要參數(shù)作為設計變量。如目標控制的相關參數(shù)（損失的期望C2和結構的造價C1）和約束控制相關參數(shù)（結構的可靠度PS）等；然而還有一些影響不是太大，其變化范圍也不是很大或者由局部性以及結構的相關要求就能夠滿足相應的設計要求的一些參數(shù)，我們可以用預定參數(shù)來表示，這樣能夠使得我們的設計量、計算量以及編制程序的工作量均大大減小。 </p><p>　　3.1.2對目標函數(shù)進行

10、確定 </p><p>　　在進行結構設計優(yōu)化的時候，我們還必須尋找一組能夠滿足相關的預定條件的截面相應的幾何尺寸、鋼筋的截面積以及相應的失效的概率的函數(shù)，使得工程造價最少。 </p><p>　　3.1.3對約束條件進行確定 </p><p>　　對于房屋的結構的設計優(yōu)化來說，必須確保結構的可靠度，來對優(yōu)化設計相關的約束條件進行相應的確定，設計優(yōu)化的約束條件主要包

11、括裂縫寬度約束、結構強度約束、尺寸約束、構件單元約束、應力約束、結構體系約束、從可靠指標約束到確定性約束條件以及從正常使用極限狀態(tài)下的彈性約束到最終極限狀態(tài)的彈塑性約束等約束條件。在進行結構設計的時候，我們必須對目標約束條件與實際的約束條件進行相應的比較與分析，再確保每個約束條件都必須滿足相關要求，以實現(xiàn)最佳的設計。 </p><p>　　3.2對優(yōu)化設計的計算方案進行設定 </p><p&g

12、t;　　根據(jù)可靠度進行的房屋結構的優(yōu)化設計具有多約束且非線性的優(yōu)化問題以及復雜的多變量，在進行相應的分析計算中，一般把有約束的優(yōu)化問題轉換成無約束優(yōu)化問題的求解。常用的優(yōu)化設計的計算方法有拉氏乘子法、復合形法、Powell法等。 </p><p>　　3.3進行程序的相關設計 </p><p>　　根據(jù)可靠度進行的房屋結構的優(yōu)化設計的基本模型以及所使用的優(yōu)化設計的計算方法，可以編寫一個具有

13、運算速度快以及功能齊全的綜合應用程序。 </p><p><b>　　3.4結果分析 </b></p><p>　　我們必須對相應的計算結果進行必要的分析比較，然后選擇出最佳的設計方案。在這個過程中，我們考慮問題必須全面，并且要對問題進行多角度的考慮。這一步驟在建筑結構設計優(yōu)化中尤其重要，合理的選擇設計方案，不僅能夠確保結構的美觀、安全性、合理性以及實用性，還能夠對施

14、工中的資金的投入有著重大的影響。在結構設計優(yōu)化中只強調經(jīng)濟上的節(jié)約，而忽略技術上的相關要求，是不正確的；同樣只考慮技術上的要求，而不考慮經(jīng)濟的要求，也是不合理的。我們必須對兩者進行合理的配置，才能達到相關要求。 </p><p>　　4、結構設計優(yōu)化技術的實踐應用 </p><p>　　對于項目的前期設計、整體設計、舊房改造以及抗震設計方面均能夠采用結構設計優(yōu)化設計的方法。下面對實踐應用中

15、的問題進行必要的說明： </p><p>　　4.1結構設計優(yōu)化應注意前期參與 </p><p>　　前期方案直接會影響到工程的造價，然而很多結構設計忽略了這一點，所以我們應該注意。前期參與能夠讓我選擇合理的結構形式以及合理的設計方案。 </p><p>　　4.2概念設計結合細部結構設計優(yōu)化 </p><p>　　在沒有具體數(shù)值量化的情況下

16、，我們可以使用概念設計。例如，對地震的烈度進行設防時，由于它存在這不確定的因素，所以我們無法找到與實際相符合的計算式，所以在進行設計優(yōu)化的時候我們可以使用概念設計的方法，把相應的數(shù)值作為參考與輔助相關的依據(jù)。同時在設計過程中，相關結構設計人員必須合理并靈活的使用結構設計優(yōu)化的方法，從而達到最佳的效果。 </p><p>　　在設計過程中必須對細部的結構進行相應的設計優(yōu)化，例如，在現(xiàn)澆的混凝土異形的板料，其拐彎處容

17、易開裂，我們可以簡化成矩形板，然后再合理的選擇鋼筋，在滿足其結構的基本要求條件下，達到既安全又經(jīng)濟的目的。 </p><p>　　4.3下部地基基礎結構的設計優(yōu)化 </p><p>　　在地基基礎的結構設計優(yōu)化中，我們必須選取合適的方案，如可以根據(jù)工地的地質條件選擇相應的樁基類型，并盡量減少相應的工程造價。并根據(jù)樁端的持力層的厚度合理的選擇灌注樁的樁長度，通過對多種設計方案進行必要的分析比

18、較，然后選取最佳的設計方案。 </p><p><b>　　5、結語 </b></p><p>　　對于現(xiàn)代的建筑來說，建筑不僅要具有必要的使用價值，而且還要具有一定的美觀。安全、便于施工、經(jīng)濟、實用以及美觀是我們對房屋結構設計時，必須要考慮的五個基本問題，也就要求我們必須對建筑結構設計進行相應的優(yōu)化，以使得空間資源的合理利用，盡量使得房屋結構合理、安全、可靠。隨著人