論建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的重要分析

1、<p>　　論建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的重要分析</p><p>　　摘 要：隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人們對(duì)于建筑物的要求也越來(lái)越高，一個(gè)建筑要達(dá)到精美的效果，設(shè)計(jì)師需要把其美觀設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)緊密結(jié)合起來(lái)。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，要采取適用、經(jīng)濟(jì)、安全、便于施工和美觀這五種效果措施。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，應(yīng)用建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法可以滿足這一項(xiàng)工作，可保證建筑美觀、造型優(yōu)美，同時(shí)又能夠便于施工，使建筑物安全、經(jīng)濟(jì)、適用。在進(jìn)行建

2、筑設(shè)計(jì)的實(shí)踐過(guò)程中，應(yīng)加強(qiáng)實(shí)踐探索，降低經(jīng)濟(jì)成本，以達(dá)到經(jīng)濟(jì)效益的最大化，從而在保證經(jīng)節(jié)約經(jīng)濟(jì)成本和達(dá)到美觀要求的情況下合理進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：建筑結(jié)；設(shè)計(jì)優(yōu)化；分析 </p><p>　　Abstract: With the development of society and economy, people have more and more require

3、ment for buildings, a building to achieve fine effect, designers need to combine its appearance design and structural design. In the design of building structures, to take suitable, economic, safe, convenient and beautif

4、ul effect of these five kinds of measures. In structure design, optimization and application of building structure design method can satisfy the work, it can ensure the building beautiful, bea</p><p>　　Key w

5、ords: architectural design; optimization; analysis </p><p>　　中圖分類號(hào)：TU2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)： </p><p><b>　　0．引言 </b></p><p>　　隨著我國(guó)改革開(kāi)發(fā)發(fā)展速度的加快，人民的生活水平能夠快速的進(jìn)入了小康時(shí)代生活。因此，越來(lái)越多的人對(duì)物質(zhì)生活要

6、求也越來(lái)越高了，許多人都住進(jìn)了高樓大廈。如今我國(guó)人口的繼續(xù)增長(zhǎng)，使得建筑物也越來(lái)越多，有許多城市的土地資源有限，這樣導(dǎo)致土地價(jià)格越來(lái)越高，從而導(dǎo)致了建筑商的建筑成本也就越來(lái)越高。降低建筑成本是建筑商如今考慮的首選，那么如何控制建筑成本這個(gè)問(wèn)題呢？結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)思想是當(dāng)今國(guó)內(nèi)外比較有價(jià)值的一種理論系統(tǒng)。運(yùn)用該理論方法，實(shí)現(xiàn)人民對(duì)于居住環(huán)境和生活環(huán)境的改善，提高建筑產(chǎn)品的質(zhì)量與品味，滿足小康社會(huì)人們對(duì)新生活的需求，同時(shí)降低工程建筑的造價(jià)成本，

7、實(shí)現(xiàn)建筑商利潤(rùn)最大化的目標(biāo)，這具有適用、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的價(jià)值。 </p><p>　　一．優(yōu)化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法 </p><p>　　如今走在大街上許多高大的建筑物都很令人賞心悅目給人有一種以美的享受，這是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與建筑實(shí)施技術(shù)相互協(xié)調(diào)、密切配合，從而達(dá)到美觀效果的成績(jī)。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)我們都追求安全、適用、經(jīng)濟(jì)、觀、施工簡(jiǎn)單等五種目標(biāo)。文中的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化，能實(shí)現(xiàn)建筑設(shè)計(jì)技術(shù)優(yōu)化的目的，能應(yīng)用于實(shí)踐

8、，它不但滿足了人們對(duì)建筑美觀、造型優(yōu)美的要求，又能使房屋的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理、性能安全、建筑成本經(jīng)濟(jì)，成為名副其實(shí)的“經(jīng)濟(jì)適用”建筑。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法從建筑上來(lái)分析，它主要體現(xiàn)在優(yōu)化設(shè)計(jì)的建筑工程結(jié)構(gòu)和建筑工程結(jié)構(gòu)的總體優(yōu)化設(shè)計(jì)兩個(gè)方面。 </p><p>　　第一個(gè)方面：建筑模型的優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法。一項(xiàng)大的建筑工程，先設(shè)計(jì)建筑模型，那么建筑模型的優(yōu)化是十分必要的。建筑工程的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)主要包括：基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)方案的優(yōu)化設(shè)計(jì)

9、、圍護(hù)結(jié)構(gòu)方案的優(yōu)化設(shè)計(jì)、屋蓋系統(tǒng)方案的優(yōu)化設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)細(xì)部設(shè)計(jì)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。除此之外，還需要做選型、布置、受力分析、造價(jià)分析等內(nèi)容的優(yōu)化設(shè)計(jì)。所有這些設(shè)計(jì)，都按照一切從實(shí)際出發(fā)的原則來(lái)進(jìn)行，根據(jù)工程的具體實(shí)際情況，圍繞房屋建筑的綜合經(jīng)濟(jì)效益的目標(biāo)進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，首先要滿足設(shè)計(jì)意圖后，盡量使平面布置規(guī)則，縮小剛度和質(zhì)量中心的差異，這樣可以避免水平荷載與建筑物中太大的扭轉(zhuǎn)作用力。在豎直方向上應(yīng)避開(kāi)使用轉(zhuǎn)換層，減少應(yīng)力集中現(xiàn)

10、象。 </p><p>　　房屋結(jié)構(gòu)可靠度優(yōu)化設(shè)計(jì)的約束條件，包括了應(yīng)力約束、裂縫寬度約束、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度約束、尺寸約束、從正常時(shí)的極限狀態(tài)下彈性約束到終極狀態(tài)的彈塑性約束、從可靠指標(biāo)約束到確定性約束條件等。在設(shè)計(jì)中，我們要保證各約束條件必須符合現(xiàn)行規(guī)范的要求。 </p><p>　　第二個(gè)方面：建筑模型的優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的計(jì)算方案。完成計(jì)算方案的設(shè)定后只需編制相應(yīng)適用的運(yùn)算程序即可得到我們的最終優(yōu)

11、化結(jié)果。然而，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化涉及到多個(gè)變量、多個(gè)約束條件，這是屬于一個(gè)非線性的優(yōu)化問(wèn)題，在設(shè)定計(jì)算方案時(shí)，需要將有約束條件轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)約束條件來(lái)進(jìn)行計(jì)算。建筑工程設(shè)計(jì)中常用的方法有 Powell 算法、拉氏乘子法和符合型等方法。利用這些方法來(lái)計(jì)算建筑模型的優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。 </p><p>　　二．優(yōu)化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)在實(shí)踐中的應(yīng)用 </p><p>　　在設(shè)計(jì)好了優(yōu)化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案后，就可以

12、將該理論方法應(yīng)用于實(shí)踐之中。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化，是目前一個(gè)比較普遍的課題，要達(dá)到利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化的方法在不改變適用性能的前提下達(dá)到降低工程造價(jià)的目的，將結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法應(yīng)用于實(shí)踐之中，這是我們建筑工程設(shè)計(jì)人員所追求的目標(biāo)。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化設(shè)計(jì)應(yīng)用于項(xiàng)目的整體設(shè)計(jì)、前期設(shè)計(jì)，舊房改造，抗震設(shè)計(jì)等設(shè)計(jì)的各分部環(huán)節(jié)，發(fā)揮著巨大的效益。在按照結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的方法及模型進(jìn)行實(shí)踐的過(guò)程中，要注意下面的三個(gè)方面的問(wèn)題：參與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的前期工作，將概念設(shè)計(jì)和細(xì)部結(jié)

13、構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，優(yōu)化下部的地基基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。下面就這三個(gè)方面進(jìn)行詳細(xì)描述。 </p><p>　　2.1參與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的前期工作 </p><p>　　因?yàn)榍捌诜桨傅拇_定直接影響建筑的總投資，而現(xiàn)在存在的普遍問(wèn)題就是前期方案階段結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)并不進(jìn)行參與，建筑師進(jìn)行建筑設(shè)計(jì)時(shí)大多并不考慮結(jié)構(gòu)的合理性以及它的可行性，但是建筑設(shè)計(jì)的結(jié)果卻直接對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)造成影響，某些方案可能會(huì)增加結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的難度，并

14、使得建筑的總投資提高。如果在方案的初期，結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)就能參與進(jìn)來(lái)，那么我們就能針對(duì)不同的建筑類別，選擇合理的結(jié)構(gòu)形式，合理的設(shè)計(jì)方案，獲得一個(gè)良好的開(kāi)端。 </p><p>　　2.2將概念設(shè)計(jì)和細(xì)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化 </p><p>　　概念設(shè)計(jì)應(yīng)用于沒(méi)有具體數(shù)值量化的情況，例如地震設(shè)防烈度，因?yàn)樗牟淮_定性，計(jì)算式難免與現(xiàn)實(shí)有較大的差異，在進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候就要采用概念設(shè)計(jì)的方法，把數(shù)值作

15、為輔助和參考的依據(jù)。設(shè)計(jì)過(guò)程中需要設(shè)計(jì)人員靈活的運(yùn)用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的方法，達(dá)到最佳的效果。 </p><p>　　2.3優(yōu)化下部的地基基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)地基基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化首先要選擇合適的方案，如果為樁基礎(chǔ)，那么要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件選擇樁基類型，盡量節(jié)省造價(jià)。樁端持力層對(duì)灌注樁樁長(zhǎng)的選擇影響很大，應(yīng)多進(jìn)行比較以確定最合適的方案。 </p><p>　　三．優(yōu)化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)際價(jià)值 </p>

16、;<p>　　結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化在建筑設(shè)計(jì)中具有很重要的地位，首先使用結(jié)構(gòu)優(yōu)化的設(shè)計(jì)能降低建筑造價(jià)，其次進(jìn)行優(yōu)化結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)能提高建筑結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性。這些都具有實(shí)際價(jià)值。 </p><p>　　3.1.1通過(guò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)來(lái)降低總造價(jià) </p><p>　　進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中，多層住宅和高層住宅相比較，層數(shù)越多，總建筑面積增大，單位建筑面積占用的土地面積就越小，節(jié)約了用地成本，但建筑層數(shù)

17、的增多，建筑總高度也會(huì)加大，樓與樓之間的間距也要加大，這時(shí)占用的土地節(jié)約量就不與建筑層數(shù)增加比例相同了。另如屋蓋部分，一棟樓只有一個(gè)屋蓋，并不會(huì)因?yàn)閷訑?shù)的增加而有所改變，它的成本下降會(huì)比較明顯。對(duì)于基礎(chǔ)部分而言，雖然也是各層共用的，但是層數(shù)增加，傳給基礎(chǔ)的荷載將會(huì)增大，我們需要增大基礎(chǔ)，這樣單位面積的造價(jià)有所降低，但是卻沒(méi)有屋蓋的效果那樣明顯。 </p><p>　　3.1.2通過(guò)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化來(lái)提高建筑結(jié)構(gòu)的

18、經(jīng)濟(jì)性 </p><p>　　建筑的層高增加，由于墻體面積和柱體積增加，結(jié)構(gòu)的自重會(huì)增加，基礎(chǔ)和柱的承載力 </p><p>　　相應(yīng)增加，水衛(wèi)和電氣的管線會(huì)加長(zhǎng)；相反降低層高，可節(jié)省材料，有利用抗震，同時(shí)建筑的總高度減小，兩建筑之間的日照距離就會(huì)減小，間接的節(jié)約了用地。建筑面積相同，建筑使用不同的平面形狀時(shí)，它的外墻周長(zhǎng)也就會(huì)不同，這樣當(dāng)選擇圓形或是越接近于方形時(shí)，外墻周長(zhǎng)系數(shù)就越小，基

19、礎(chǔ)、外墻砌體、內(nèi)外表面裝修都隨之減少，同時(shí)其受力性能也得到提高，增強(qiáng)了建筑的經(jīng)濟(jì)性能。 </p><p><b>　　四．結(jié)束語(yǔ) </b></p><p>　　利用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的技術(shù)方法，能提高有限的空間、有限的資源，讓其最大化的效果發(fā)揮，實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)化、實(shí)用性和適用性的良好目標(biāo)。滿足了建筑產(chǎn)品的品質(zhì)要求不斷提高的目的，實(shí)現(xiàn)了人們對(duì)于居住條件及生活環(huán)境的要求不斷提高的需