淺談建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法及其應(yīng)用

1、<p>　　淺談建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法及其應(yīng)用</p><p>　　摘要：我們通過為什么要對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化，而探究了建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的方法，并重點(diǎn)闡述了建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)的應(yīng)用，給我們以后建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了積極的作用。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：建筑結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)；方法；應(yīng)用 </p><p>　　中圖分類號(hào)：TU318 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A </p&g

2、t;<p>　　建筑是關(guān)乎民生、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)發(fā)展的主要建筑形式，且大量存在，因此對(duì)于建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)做到安全、適用、經(jīng)濟(jì)、美觀，并且符合當(dāng)前的施工技術(shù)水平。也可以說，建筑結(jié)構(gòu)的質(zhì)量是保證建筑使用功能的基礎(chǔ)，是保障建筑材料、能源和經(jīng)濟(jì)等資源有效發(fā)揮作用的途徑。因此，對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)顯得尤為重要。 </p><p>　　一、分析為什么要對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化 </p><p>

3、　?。ㄒ唬┕?jié)省工程造價(jià) </p><p>　　建筑工程造價(jià)中建筑結(jié)構(gòu)的成本大約占到總造價(jià)的50%，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)可以在很大程度上降低工程總造價(jià)，節(jié)約工程造價(jià)成本。建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)能有效的節(jié)省房屋建筑的投資成本，具有巨大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。 </p><p>　?。ǘ┨岣吖こ藤|(zhì)量 </p><p>　　目前設(shè)計(jì)單位的水平整體都在不斷提升，但是首先很多工程師成本控制意

4、識(shí)低，忽略對(duì)建筑工程的成本造價(jià)控制，只追求高的安全系數(shù)，從而造成設(shè)計(jì)過于保守；其次，沒有相應(yīng)的責(zé)任制，設(shè)計(jì)人員缺乏責(zé)任心，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)概念不清楚，一味的使用計(jì)算機(jī)而不是大腦來進(jìn)行計(jì)算，常常導(dǎo)致計(jì)算不合理或者與工程實(shí)際不吻合等等錯(cuò)誤，使之結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在安全隱患或者較大的浪費(fèi)；另外，設(shè)計(jì)人員與建設(shè)單位的溝通不到位，沒有完全理解建設(shè)單位的建造用途及建筑功能，進(jìn)而造成建筑產(chǎn)品不能滿足建設(shè)單位的需要。 </p><p>

5、　　據(jù)統(tǒng)計(jì)因?yàn)樵谠O(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)質(zhì)量差，造成功能布置不合理，相關(guān)專業(yè)工程師沒有相互溝通，導(dǎo)致經(jīng)常出現(xiàn)在施工過程中進(jìn)行修改及返工現(xiàn)象，導(dǎo)致施工工期不能控制。同時(shí)因?yàn)楣こ藤|(zhì)量差，工程存在安全隱患等問題，造成投資的卜大浪費(fèi)。通過建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化可以有效的提高工程設(shè)計(jì)質(zhì)量，降低安全隱患，減少投資浪費(fèi)。 </p><p>　　二、探究建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的方法 </p><p>　　建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化是要

6、通過對(duì)擬建項(xiàng)目進(jìn)行模型的優(yōu)化、計(jì)算方法的優(yōu)化，并在計(jì)算和模擬的基礎(chǔ)上制定有效的結(jié)構(gòu)方案，再進(jìn)行驗(yàn)證。 </p><p>　?。ㄒ唬┙Y(jié)構(gòu)優(yōu)化模型的建立 </p><p>　　在進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的過程中，首要的問題是要根據(jù)實(shí)際的結(jié)構(gòu)特性設(shè)定成為相關(guān)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)，主要的有目標(biāo)控制參數(shù)和約束控制參數(shù)。對(duì)于那些變化范圍比較小的，且在結(jié)構(gòu)的局部加強(qiáng)就能滿足要求的部分參數(shù)，將其確定為預(yù)設(shè)參數(shù)，從而減少

7、計(jì)算的工作量;對(duì)于目標(biāo)函數(shù)，是要找到一組可以滿足預(yù)定條件的鋼筋截面積和截面的幾何尺寸，目標(biāo)是要讓總造價(jià)最小。對(duì)于約束控制函數(shù)，包括前度和穩(wěn)定約束、截面尺寸約束、結(jié)構(gòu)整體約束、構(gòu)建單元約束、正常使用狀態(tài)的上下限約束條件等。參數(shù)的設(shè)計(jì)必須要與實(shí)際情況和規(guī)范相符。 </p><p>　?。ǘ┙Y(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的計(jì)算方法 </p><p>　　在結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)計(jì)算方案的確定上，考慮到建筑結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性帶來

8、的變量多、約束條件多等情況，因此在計(jì)算過程中，一般的做法是先將有約束的優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化為無約束條件再進(jìn)行求解，可選用的計(jì)算方有拉式乘子法、復(fù)合形法等。結(jié)構(gòu)選型、尺寸和參數(shù)設(shè)計(jì)完成后，在計(jì)算方案的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)優(yōu)化程序。并在得到計(jì)算結(jié)果后，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行綜合分析，最后確定最合理的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。 </p><p>　　三、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)的應(yīng)用 </p><p>　　通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)來逐步改善

9、房屋建筑的使用性能，進(jìn)而提高經(jīng)濟(jì)性，大力降低工程成本造價(jià)。在建設(shè)工程項(xiàng)目中，結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)主要應(yīng)用于項(xiàng)目的整體設(shè)計(jì)、前期設(shè)計(jì)以及抗震設(shè)計(jì)等各個(gè)分部階段環(huán)節(jié)，應(yīng)用廣泛，其發(fā)揮的效能也十分明顯。 </p><p>　?。ㄒ唬淞⒕芬庾R(shí) </p><p>　　結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)過程是結(jié)構(gòu)工程師打造設(shè)計(jì)精品的過程，預(yù)算專業(yè)提前到設(shè)計(jì)方案階段，為結(jié)構(gòu)工程師提供必要的經(jīng)濟(jì)分析數(shù)據(jù)，通過結(jié)構(gòu)工程師與造價(jià)工

10、程師對(duì)設(shè)計(jì)質(zhì)量、品質(zhì)的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的全程控制，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)產(chǎn)品質(zhì)量與經(jīng)濟(jì)的統(tǒng)一。 </p><p>　?。ǘ﹥?yōu)化設(shè)計(jì)中正確理解應(yīng)用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范 </p><p>　　追求適用、安全、經(jīng)濟(jì)、美觀以及便于施工是建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的目的。因此，建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)不但要求結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工程師有豐富的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，也同時(shí)要對(duì)建筑結(jié)構(gòu)規(guī)范的條文的概念、定義、前提條件及適用范圍有較為詳細(xì)的了解，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范的基礎(chǔ)上，

11、能夠把自身的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案科學(xué)的融入到整個(gè)項(xiàng)目工程中。對(duì)于一些大面廣的工程中，某些條文規(guī)定不可避免的偏于保守，同時(shí)，也有些條文對(duì)一些特殊、復(fù)雜工程的設(shè)計(jì)工程條文安全性不足。因此，建筑結(jié)構(gòu)工程師在優(yōu)化設(shè)計(jì)中，應(yīng)該充分利用扎實(shí)專業(yè)知識(shí)與豐富的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)上述問題做出科學(xué)與正確的判斷，從而能夠把握設(shè)計(jì)，使設(shè)計(jì)成果逐步優(yōu)化，不斷創(chuàng)新。 </p><p>　　（三）結(jié)構(gòu)工程師要積極參與工程前期規(guī)劃及方案 </p>

12、<p>　　建筑結(jié)構(gòu)工程師要積極主動(dòng)參與前期工程規(guī)劃及建筑方案，是實(shí)施結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)的重點(diǎn)內(nèi)容。因?yàn)?，在在?shí)際施工中，建筑結(jié)構(gòu)工程建筑師難以把握對(duì)結(jié)構(gòu)體系的受力的正確分析，相關(guān)建筑結(jié)構(gòu)工程師要積極主動(dòng)地參與前期方案設(shè)計(jì)，幫助建筑師構(gòu)思與逐步創(chuàng)新，使得建筑師的建筑理念得以完美的體現(xiàn)。 </p><p>　?。ㄋ模┖侠淼慕Y(jié)構(gòu)方案 </p><p>　　要用整體的概念在待定的建筑設(shè)計(jì)

13、中來完成結(jié)構(gòu)整體方案的構(gòu)思，處理好構(gòu)件與構(gòu)件，構(gòu)件與整體結(jié)構(gòu)的關(guān)系，充分利用和發(fā)揮整體結(jié)構(gòu)與構(gòu)件的最佳受力狀態(tài)，使結(jié)構(gòu)具有足夠的承載力、剛度及良好的延性，盡可能使結(jié)構(gòu)受力與傳力簡(jiǎn)單、直接、明確，使之整體結(jié)構(gòu)安全可靠協(xié)調(diào)一致，使建筑的型心與重心重合，避免及減小外力作用下的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，結(jié)構(gòu)平面規(guī)則對(duì)稱與豎向剛度的均勻一致，可能達(dá)到結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全經(jīng)濟(jì)。 </p><p>　　（五）建筑結(jié)構(gòu)各部門相互協(xié)調(diào)與合作 </

14、p><p>　　建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化是一個(gè)復(fù)雜性的系統(tǒng)工程，涉及到的專業(yè)也很廣，各個(gè)專業(yè)必須相互協(xié)調(diào)與配合。依據(jù)建筑學(xué)發(fā)展角度出發(fā)，現(xiàn)代建筑是綜合性產(chǎn)品，包括建筑、結(jié)構(gòu)以及設(shè)備等要素。因此，建筑工程在工程實(shí)施中，應(yīng)該大力加強(qiáng)分工與合作，將各個(gè)構(gòu)成要素進(jìn)行充分有機(jī)結(jié)合，為打造出完美的作品夯實(shí)基礎(chǔ)。在建筑工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)中，最重要的環(huán)節(jié)是建筑設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，只有將這兩個(gè)環(huán)節(jié)充分結(jié)合，建筑工程實(shí)用、經(jīng)濟(jì)、美觀大方效果才能充分體現(xiàn)，同時(shí)

15、，建造結(jié)構(gòu)受力更趨向合理性，大大降低了成本，簡(jiǎn)化了施工。但在建筑設(shè)計(jì)中，一些建筑設(shè)計(jì)人員不遵循建筑的基本力學(xué)規(guī)律，過于注重設(shè)計(jì)方案創(chuàng)作的新奇性，導(dǎo)致這建筑結(jié)構(gòu)難于處理，因此，建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化必須通過強(qiáng)化各個(gè)專業(yè)的合作與協(xié)調(diào)，可能夠?qū)崿F(xiàn)結(jié)構(gòu)合理，成本降低。 </p><p>　?。┨岣卟牧系睦寐?</p><p>　　結(jié)構(gòu)的效能設(shè)計(jì)主要考慮充分發(fā)揮結(jié)構(gòu)材料的力學(xué)性能，有效的減少結(jié)構(gòu)材料的消

16、耗，達(dá)到“少費(fèi)多用”的目的。各種高強(qiáng)材料：高強(qiáng)度鋼筋、高強(qiáng)度混凝土等；各種輕型材料如：輕骨料混凝土、輕型隔墻的合理利用，可以有效的減輕建筑結(jié)構(gòu)的自重，減小水平地震力的作用，減小基礎(chǔ)頂部荷載等等。 </p><p>　?。ㄆ撸┏浞挚紤]地基基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) </p><p>　　地基基礎(chǔ)是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要組成部分之一，其造價(jià)根據(jù)工程所建地地基土的不同，基礎(chǔ)形式不同，其基礎(chǔ)造價(jià)也不同，但其造價(jià)占工

17、程總造價(jià)的比例也不同，其比例占總造價(jià)的20~25%不等。地基基礎(chǔ)屬于隱蔽工程，建筑物的高度與安全性等受地基基礎(chǔ)影響很大。建筑結(jié)構(gòu)中的地基基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須選擇合適的方案，要依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件上部結(jié)構(gòu)形式、高度、層數(shù)、基礎(chǔ)頂部荷載，綜合進(jìn)行基礎(chǔ)選型及埋深等設(shè)計(jì)，最大程度的節(jié)省造價(jià)。 </p><p>　　總之，結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的目的是為了讓建筑設(shè)計(jì)年限內(nèi)能夠更好的發(fā)揮其作用而提出的。我們通過對(duì)建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的內(nèi)容和方法

18、的剖析，指出了在實(shí)際應(yīng)用中如何來利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。所以，結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)是在堅(jiān)持可持續(xù)發(fā)展觀、充分利用有限資源的基礎(chǔ)上提出的，是符合社會(huì)發(fā)展需要的有力舉措。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn)： </b></p><p>　　[1]王媛.淺析住宅建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化分析[J].城市建筑,2013,12:45. </p><p>　　[2]夏忠翔.