發(fā)布時(shí)間：2023-06-27 16:02:05
序言：寫作是分享個(gè)人見解和探索未知領(lǐng)域的橋梁，我們?yōu)槟x了8篇的結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法樣本，期待這些樣本能夠?yàn)槟峁┴S富的參考和啟發(fā)，請(qǐng)盡情閱讀。
關(guān)鍵字：房屋；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；優(yōu)化技術(shù)
引言
目前，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平的不斷提高，土地價(jià)格也在不斷上漲。同時(shí)，人民對(duì)住房條件的需求也在不斷上升，因此，對(duì)開發(fā)商帶來(lái)的壓力也在不斷加大。為了實(shí)現(xiàn)房屋建筑經(jīng)濟(jì)效益的最大化，就需要采用結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)，在有限的空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)資源的最大利用。房屋結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)是指，采取科學(xué)合理的設(shè)計(jì)理念和技術(shù)方法來(lái)設(shè)計(jì)房屋結(jié)構(gòu)，以最小的工程報(bào)價(jià)來(lái)最大化整體的建筑收益，提高房屋的質(zhì)量水平，使得企業(yè)也獲得較高的利潤(rùn)等。
一、我國(guó)目前房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)現(xiàn)狀以及實(shí)施優(yōu)化設(shè)計(jì)的原因
隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，人民生活水平的不斷提高，對(duì)住房建設(shè)要求也越來(lái)越高。同時(shí)，根據(jù)我國(guó)目前的基本國(guó)情，人口數(shù)量日益增長(zhǎng)，住房面積需求量不斷加大。因此，我國(guó)現(xiàn)階段住房建設(shè)主要以高層為主。房屋的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化不僅能夠滿足當(dāng)今大眾的需求，更能為投資者減少建筑成本。
房屋建設(shè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化必須以建筑的安全性為首要原則，然后再進(jìn)一步分析建筑方案，配合科學(xué)合理的設(shè)計(jì)理念，從而有效控制建筑工程造價(jià)，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益的最大化。根據(jù)近些年的數(shù)據(jù)資料顯示，優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以為整項(xiàng)建筑工程節(jié)省30%-50%的費(fèi)用。但是，在實(shí)際的設(shè)計(jì)過(guò)程中，方案設(shè)計(jì)受自然因素的影響很大，很難發(fā)揮出其本身的優(yōu)越性。例如，工程設(shè)計(jì)階段，施工方過(guò)多的縮短建筑設(shè)計(jì)時(shí)間，從而使設(shè)計(jì)效果達(dá)不到理想的要求，在縮短工程工期的同時(shí)也降低了工程設(shè)計(jì)質(zhì)量；建筑設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員的經(jīng)驗(yàn)不足，專業(yè)知識(shí)不完備，對(duì)一些設(shè)計(jì)軟件掌握的不夠精通；一些設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)建筑時(shí)過(guò)度的關(guān)注部分結(jié)構(gòu)而忽視了整體方案等等，這些因素都會(huì)導(dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的不夠優(yōu)化。因此，房屋建筑設(shè)計(jì)者必須科學(xué)合理的分析整體建筑方案，并設(shè)計(jì)出最優(yōu)的結(jié)構(gòu)，才能實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)利益的最大化。
二、房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化主要體現(xiàn)在哪些方面
房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化主要是采取合適的方法以及科學(xué)的設(shè)計(jì)理念來(lái)最大化的達(dá)到房屋設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，如：房屋結(jié)構(gòu)的合理布局、構(gòu)件大小、結(jié)構(gòu)框架等。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)的基本理念是將建筑的具體部件以及整體布局進(jìn)行分析，而頂柱、體形、層高以及拉力構(gòu)件等等都會(huì)影響建筑物的整體布局。建筑構(gòu)件的布局、強(qiáng)度等級(jí)以及配筋構(gòu)造都是建筑物具體構(gòu)件的體現(xiàn)。綜合以上因素，建筑方案結(jié)構(gòu)需要專業(yè)知識(shí)豐富且熟知設(shè)計(jì)規(guī)范的工程技術(shù)人員設(shè)計(jì)，而且在設(shè)計(jì)時(shí)必須充分考慮各構(gòu)件直接的受力特性，從而選取最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案。
三、房屋結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)
（一）優(yōu)化技術(shù)的基本原則
在工程設(shè)計(jì)優(yōu)化過(guò)程中，必須以工程設(shè)計(jì)和工程價(jià)值為基本原則。優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的最終目標(biāo)是充分利用建筑材料，實(shí)現(xiàn)建筑構(gòu)件利用的最大化。優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不僅遵守建筑設(shè)計(jì)規(guī)范，更實(shí)現(xiàn)了當(dāng)今建筑的審美學(xué)和價(jià)值學(xué)。通過(guò)深化改善房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，從而實(shí)現(xiàn)建筑功能更加協(xié)調(diào)完善，降低建筑成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。
房屋結(jié)構(gòu)的優(yōu)化必須從實(shí)際工程施工出發(fā)，結(jié)合房屋結(jié)構(gòu)的具體情況，實(shí)現(xiàn)房屋建筑的結(jié)構(gòu)的最優(yōu)化設(shè)計(jì)。在進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化時(shí)，必須依據(jù)設(shè)計(jì)意圖，采用平面設(shè)計(jì)布局，降低構(gòu)件質(zhì)量和剛度之間的差異，減小水平負(fù)載造成的房屋扭曲，在豎直方向上采用轉(zhuǎn)換層技術(shù)，有效地降低構(gòu)件的集中用力。
（二）優(yōu)化設(shè)計(jì)的基本的要點(diǎn)
1.依據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范
工程師在設(shè)計(jì)建筑結(jié)構(gòu)時(shí)必須具備豐富的建筑設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)以及熟知設(shè)計(jì)規(guī)范。即依據(jù)科學(xué)的設(shè)計(jì)理念，將自身的優(yōu)化方案融于整個(gè)工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)中去。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范更多是對(duì)于工程較大的項(xiàng)目，因而會(huì)造成某些規(guī)定過(guò)于保守。另外，在工程設(shè)計(jì)比較特殊或復(fù)雜時(shí)，依據(jù)某些規(guī)定將會(huì)造成建筑物的不安全。因此，這就要求設(shè)計(jì)師在建筑設(shè)計(jì)過(guò)程中必須具備良好的專業(yè)素質(zhì)以及清醒的思路、正確的判斷力，爭(zhēng)取將建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)做到最優(yōu)。
優(yōu)化房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)注重建筑構(gòu)件的細(xì)節(jié)優(yōu)化，如：建筑構(gòu)件的受力鋼筋，在滿足塑性的條件下盡可能的選擇性價(jià)比較高的產(chǎn)品，從而實(shí)現(xiàn)房屋結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)、安全。
2.結(jié)構(gòu)師主動(dòng)參與建筑設(shè)計(jì)
在工程施工前期以及施工過(guò)程中，建筑結(jié)構(gòu)師的主動(dòng)參與對(duì)整個(gè)房屋結(jié)構(gòu)優(yōu)化起到關(guān)鍵性作用。在實(shí)際的工程施工過(guò)程中，建筑設(shè)計(jì)師往往不能夠?qū)φ麄€(gè)結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行很好的受力分析，即建筑結(jié)構(gòu)師的設(shè)計(jì)理念以及其自身具備的經(jīng)驗(yàn)不能完全代替設(shè)計(jì)師的設(shè)計(jì)思想，同時(shí)，建筑與結(jié)構(gòu)上專業(yè)知識(shí)的隔閡也無(wú)法彌補(bǔ)。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師其豐富的工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)以及專業(yè)設(shè)計(jì)理論，積極主動(dòng)的為設(shè)計(jì)師出謀劃策，只有兩者的順利合作才能設(shè)計(jì)出更加優(yōu)秀的方案。
目前，我國(guó)的房屋建筑設(shè)計(jì)總是先從建筑的結(jié)構(gòu)布局開始，根據(jù)結(jié)構(gòu)承載負(fù)荷的不同分析所需的材料、參數(shù)等，往往這種分析方法是計(jì)算機(jī)所不能計(jì)算出的，它需要建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師充分論證整個(gè)建筑設(shè)計(jì)方案之后做出的判斷。而這些判斷需依據(jù)實(shí)際工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)以及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所遵循的一般規(guī)律進(jìn)行。
3.加強(qiáng)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)之間的合作
優(yōu)化房屋結(jié)構(gòu)是一項(xiàng)整體而系統(tǒng)的工作，它需要團(tuán)隊(duì)之間的協(xié)調(diào)合作。現(xiàn)代建筑主要由結(jié)構(gòu)、設(shè)備、建筑三大要素組成。因此，在工程施工過(guò)程中要明細(xì)團(tuán)隊(duì)內(nèi)部分工，并做好團(tuán)隊(duì)合作，只有這樣才能有機(jī)的結(jié)合各個(gè)構(gòu)件創(chuàng)造出更加完美的作品。在建筑工程設(shè)計(jì)階段，房屋的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和建筑設(shè)計(jì)是不可分割的，只有協(xié)調(diào)好兩者之間的關(guān)系，才能設(shè)計(jì)出更加美觀大方的建筑方案，同時(shí)，又降低了建筑成本，簡(jiǎn)化施工過(guò)程，達(dá)到既美觀又實(shí)用的建筑效果。通常建筑設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)建筑時(shí)，只是一味的要求設(shè)計(jì)方案的新奇，而忽略了建筑學(xué)中基本的力學(xué)關(guān)系，這樣設(shè)計(jì)出的方案往往在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上造成困難。因此，團(tuán)隊(duì)之間的協(xié)調(diào)合作是房屋結(jié)構(gòu)優(yōu)化的重要保障。
4.優(yōu)化房屋建筑結(jié)構(gòu)，解決房屋抗震問(wèn)題
房屋結(jié)構(gòu)的優(yōu)化不僅僅能降低建筑成本、增加建筑美觀、簡(jiǎn)化施工過(guò)程，更能加強(qiáng)房屋的抗震作用。通過(guò)房屋結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)，可以增加房屋抵抗外部作用的破壞，有效地降低房屋破壞程度。因此，在房屋結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程中，抵抗外界各種不良因素的影響成為結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)工作的主要內(nèi)容。在日常的外界不良因素中，地震是最難以預(yù)測(cè)且對(duì)房屋建筑物破壞最強(qiáng)的，所以在房屋計(jì)算及構(gòu)造上必須加強(qiáng)抗震措施。如：房屋構(gòu)件剛度的對(duì)稱性以及均勻性都可以有效的緩解地震對(duì)建筑物的破壞；多道防設(shè)設(shè)計(jì)理念可以有效緩沖特大地震對(duì)房屋主構(gòu)件的破壞。以上這些設(shè)計(jì)思想都是房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容。
四、總結(jié)
工程造價(jià)對(duì)整個(gè)工程項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益起著關(guān)鍵性作用，因此優(yōu)化房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，不僅可以降低整個(gè)工程的造價(jià)成本，更能提升整體房屋的安全級(jí)別。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與建筑設(shè)計(jì)的協(xié)調(diào)配合，充分發(fā)揮其自身的優(yōu)勢(shì)，設(shè)計(jì)出最優(yōu)的房屋結(jié)構(gòu)。在平面設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)遵循對(duì)稱、均勻的原則，縮小房屋構(gòu)建質(zhì)量與剛度之間的差異。在豎直布置上，保證上下承重件負(fù)載的上下貫通。建筑是藝術(shù)的表現(xiàn)，在保證房屋安全的前提下，結(jié)構(gòu)師應(yīng)敢于創(chuàng)新，將房屋的實(shí)用性與藝術(shù)性完美的結(jié)合在一起。
參考文獻(xiàn)：
[1]侯貫澤，劉樹堂.工程結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)理論與方法[J].鋼結(jié)構(gòu)，2009，2（8）：148-150.
[2]陽(yáng)維.房屋結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法與問(wèn)題分析[J].城市建設(shè)理論研究（電子版），2012，2（12）：72-74.
關(guān)鍵詞：輕量化；拓?fù)鋬?yōu)化；尺寸優(yōu)化；結(jié)構(gòu)優(yōu)化
中圖分類號(hào)：U462.3 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2017）19-0087-02
引言
隨著社會(huì)的快速發(fā)展，汽車保有量越來(lái)越多。汽車在帶來(lái)方便快捷的同時(shí)，其油耗排放等問(wèn)題也越來(lái)越引起大家的重視。汽車車身質(zhì)量約占汽車總重的40%，空載情況下油耗約占整車油耗的70%[1]。其輕量化的目標(biāo)在于盡可能降低汽車的整備質(zhì)量，從而提高汽車的動(dòng)力性，減少燃料消耗和排放，并且提高操穩(wěn)性以及碰撞安全性。本文通過(guò)總結(jié)車身輕量化優(yōu)化方法，介紹不同的優(yōu)化步驟，并對(duì)車身輕量化優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行展望。
1 汽車車身輕量化研究背景
汽車自1886年誕生至今有一百多年的歷史，汽車車身的研究起步相對(duì)較晚，但是其作為汽車的重要組成部分，在整車結(jié)構(gòu)中占據(jù)重要地位。研究表明，汽車車身質(zhì)量每減輕1%，相應(yīng)油耗降低0.7%[2]。
輕量化研究，是在滿足安全性、耐撞性、抗震性以及舒適性的前提下，盡可能降低車身質(zhì)量，以實(shí)現(xiàn)減重、降耗、環(huán)保、安全的綜合目標(biāo)[3]。輕量化的實(shí)現(xiàn)不僅滿足了汽車的基本性能要求，且緩解了能源危機(jī)和環(huán)境污染的壓力，也沒(méi)有提高汽車設(shè)計(jì)制造成本，故汽車車身輕量化的研究引起了越來(lái)越多的關(guān)注。
2 輕量化結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法
目前，以汽車車身輕量化為目標(biāo)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法主要包括拓?fù)鋬?yōu)化、尺寸優(yōu)化和結(jié)構(gòu)優(yōu)化。優(yōu)化設(shè)計(jì)通常由目標(biāo)函數(shù)、設(shè)計(jì)變量、約束條件三個(gè)因素組成。拓?fù)鋬?yōu)化是在整體優(yōu)化之前，設(shè)計(jì)空間確定后對(duì)材料布置格局進(jìn)行優(yōu)化，但是拓?fù)鋬?yōu)化是從宏觀出發(fā)，在某些細(xì)節(jié)方面可能并沒(méi)有達(dá)到最優(yōu)，因此在拓?fù)鋬?yōu)化之后需要進(jìn)行尺寸和形狀優(yōu)化。
2.1 拓?fù)鋬?yōu)化
拓?fù)鋬?yōu)化是在給定的空間范圍內(nèi)，通過(guò)不停地迭代，重新規(guī)劃材料的分布和連接方式；是在工程師經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，明確目標(biāo)區(qū)域和目標(biāo)函數(shù)，確定變量以及約束條件，使車身結(jié)構(gòu)最終既滿足性能要求又減輕了質(zhì)量[4]。拓?fù)鋬?yōu)化通常將有限元分析和數(shù)學(xué)算法結(jié)合起來(lái)。
2.1.1 拓?fù)鋬?yōu)化的數(shù)學(xué)模型
拓?fù)鋬?yōu)化通常以車身質(zhì)量為目標(biāo)函數(shù)，結(jié)構(gòu)參數(shù)和材料厚度為變量，模態(tài)和剛度為約束條件。其數(shù)學(xué)模型為：
minf（X）=f（x1，x2…xn）；
s.t.g（X）>0；
ai
其中，x1，x2…xn為設(shè)計(jì)變量。
2.1.2 拓?fù)鋬?yōu)化的基本步E和實(shí)例
在進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化之前首先需要確定設(shè)計(jì)區(qū)域，設(shè)計(jì)變量和約束條件。然后通常進(jìn)行有限元模態(tài)分析和靈敏度分析，使靈敏度小的部分不參與優(yōu)化。在此基礎(chǔ)上利用軟件進(jìn)行計(jì)算，因?yàn)樵诿看蔚挠?jì)算中都有參數(shù)的改變，所以需要經(jīng)過(guò)較多次的迭代，最終使其分布最優(yōu)。在軟件進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化的過(guò)程中，用戶對(duì)于每一次的迭代均可以實(shí)時(shí)監(jiān)控。
目前拓?fù)鋬?yōu)化中用到的數(shù)學(xué)優(yōu)化算法包括優(yōu)化準(zhǔn)則法、移動(dòng)漸近線法、數(shù)學(xué)規(guī)劃法、遺傳算法、進(jìn)化算法等。使用較多的是優(yōu)化準(zhǔn)則法和移動(dòng)漸近線法，優(yōu)化準(zhǔn)則法適于求解少約束問(wèn)題，后者偏重于多約束問(wèn)題[5][6]。
周定陸等[7]建立參數(shù)化模型，不僅將下車體質(zhì)量減少了23kg，而且模態(tài)和剛度在原有的性能上略有上升。王登峰等[8]基于拓?fù)鋬?yōu)化使大客車車身骨架質(zhì)量減少約11%，且剛度強(qiáng)度等性能滿足設(shè)計(jì)要求。
2.2 尺寸優(yōu)化
尺寸優(yōu)化是在結(jié)構(gòu)參數(shù)、材料分布確定的前提下，對(duì)各桁架結(jié)構(gòu)尋找梁最合適的橫截面積、幾何尺寸，使得車身質(zhì)量最小且滿足剛度等要求的優(yōu)化方法。相對(duì)來(lái)說(shuō)，尺寸優(yōu)化建立數(shù)學(xué)模型較容易，計(jì)算簡(jiǎn)單，在實(shí)際工程中可以較快取得最優(yōu)
解[9]。也可以說(shuō)，尺寸優(yōu)化是拓?fù)鋬?yōu)化的進(jìn)一步完善和發(fā)展。
2.2.1 尺寸優(yōu)化的數(shù)學(xué)模型
尺寸優(yōu)化以車身質(zhì)量最小為目標(biāo)，幾何尺寸為設(shè)計(jì)變量，剛度以及各變量尺寸限制作為約束條件。
2.2.2 尺寸優(yōu)化的基本步驟和實(shí)例
利用有限元分析劃分單元，再進(jìn)行靈敏度分析，排除不參與優(yōu)化的單元。為了減少計(jì)算量，通常采用近似模型，然后對(duì)近似模型進(jìn)行求解。劉開勇[10]利用超拉丁實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，采集車身的剛度和模態(tài)數(shù)據(jù)，在此基礎(chǔ)上建立一階響應(yīng)面模型。潘鋒[11]通過(guò)建立組合近似模型，減少優(yōu)化過(guò)程的計(jì)算量，提高效率。
常用的近似模型有響應(yīng)面模型、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、徑向基函數(shù)模型、kriging和支持向量回歸模型等[10][12]。通過(guò)對(duì)一階近似模型進(jìn)行分析，計(jì)算不同的權(quán)系數(shù)并進(jìn)行加權(quán)疊加構(gòu)成的組合模型在滿足模態(tài)和剛度要求的前提下，又兼顧了汽車碰撞安全性、NVH和疲勞等性能影響，且精度更高，因此組合近似模型在多目標(biāo)多學(xué)科優(yōu)化方面更勝一籌。
張偉[13]等采用遺傳算法，結(jié)合拓?fù)鋬?yōu)化和車身尺寸優(yōu)化，不僅將質(zhì)量降低35%，而且使剛度提高了80%以上。康元春等[14]采用DOE及極差分析和方差分析，確定車身骨架梁截面最優(yōu)尺寸方案，使車身骨架質(zhì)量減輕了123.5kg。
2.3 形狀優(yōu)化
形狀優(yōu)化是優(yōu)化結(jié)構(gòu)的幾何形狀，通常包括桁架結(jié)構(gòu)梁節(jié)點(diǎn)位置的優(yōu)化；結(jié)構(gòu)內(nèi)部孔的形狀、尺寸的優(yōu)化以及連續(xù)體邊界尺寸的優(yōu)化[15]。早期，與尺寸優(yōu)化相比，形狀優(yōu)化模型建立比較困難，建立的模型質(zhì)量通常比較差，影響后期模型的優(yōu)化求解，尺寸優(yōu)化的發(fā)展受到了限制。后來(lái)，網(wǎng)格變形技術(shù)的發(fā)展簡(jiǎn)化了形狀優(yōu)化模型的建立[16]。形狀優(yōu)化的過(guò)程與尺寸優(yōu)化相似，通常也需要建立近似模型。
3 結(jié)束語(yǔ)
（1）拓?fù)鋬?yōu)化計(jì)算量大，應(yīng)用受到一定限制。尺寸、形狀優(yōu)化在多數(shù)軟件中都有專門的模塊，應(yīng)用較多。為了解決計(jì)算困難問(wèn)題，優(yōu)化算法有待突破，算法的突破也是車身結(jié)構(gòu)優(yōu)化進(jìn)一步發(fā)展的重要前提。
（2）有限元分析方法在車身結(jié)構(gòu)優(yōu)化中起重要作用，建模、分析軟件在車身結(jié)構(gòu)優(yōu)化方面應(yīng)用越來(lái)越多。
（3）本文所提優(yōu)化方法沒(méi)有充分考慮安全性、操穩(wěn)性、NVH等因素，多學(xué)科多目標(biāo)優(yōu)化方法是目前車身結(jié)構(gòu)優(yōu)化的熱點(diǎn)。
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關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)， 建筑結(jié)構(gòu) ，優(yōu)化方法
Abstract: the architecture is solidification of art, architecture, to reflect exquisite must will structural design and beautiful design reasonable collocation. Housing structure design has been seeking the safe, applicable, economic, beautiful, and construction and five effect. The need to design department or design personnel strictly abide by the five kinds of effect principle, make rational structure design, the application of the modern science and technology optimization method, realize the most effective play limited resources, finish to lower the project cost and get people to the goal of material and spiritual needs. The current, building structure design of the building structure design optimization method has been widely applied to the actual start of project, this paper the structure design optimization methods reflect of theory, the structure design optimization method of application and practice are analyzed and discussed.
Keywords: structure design, structure, optimization method
中圖分類號(hào)：S611文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：
1房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法的理論概述
1.1房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法的理念及意義
在進(jìn)行工程項(xiàng)目的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，除了要考慮設(shè)計(jì)對(duì)象的基本使用功能和兼顧其安全適用性以外，還應(yīng)盡可能將設(shè)計(jì)對(duì)象設(shè)計(jì)的更加完美，這就是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化問(wèn)題。定義為工程結(jié)構(gòu)在滿足約束條件下按預(yù)定目標(biāo)求出最優(yōu)方案的設(shè)計(jì)方法。隨著我國(guó)社會(huì)精神文明建設(shè)的不斷發(fā)展，人們對(duì)于居住環(huán)境精神領(lǐng)域的追求已然形成一種時(shí)尚。對(duì)于人居環(huán)境的改善，其根本主要體現(xiàn)為美觀與結(jié)構(gòu)之間的協(xié)調(diào)、配合，使得建筑工程滿足美觀的同時(shí)也能實(shí)現(xiàn)在經(jīng)濟(jì)規(guī)劃方面的實(shí)際意義。
房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的內(nèi)容主要是通過(guò)對(duì)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)、屋蓋系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方案、維護(hù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方案等其他結(jié)構(gòu)綜合進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程。在整個(gè)過(guò)程之中強(qiáng)調(diào)的是一切從實(shí)際出發(fā)，緊貼工程進(jìn)度、發(fā)展的實(shí)際情況，以控制工程造價(jià)成本為中心的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)理念。
1.2建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法的實(shí)踐價(jià)值
與傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)相比，在設(shè)計(jì)中采用優(yōu)化方法可以使建筑工程造價(jià)降低5%~30%，可以盡量減少建筑結(jié)構(gòu)的近期投資并提高建筑結(jié)構(gòu)的可靠度。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法的應(yīng)用能充分利用材料性能，對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)部的各個(gè)單元進(jìn)行協(xié)調(diào)，規(guī)范建筑結(jié)構(gòu)安全度，為建筑整體布局提供合理決策。
2結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的步驟
(1)整體優(yōu)化模型
房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法一般從三個(gè)方面展開。第一，選擇設(shè)計(jì)變量。在設(shè)計(jì)過(guò)程中將所要選擇的描述結(jié)構(gòu)特性的參數(shù)確立為設(shè)計(jì)變量，比如目標(biāo)控制參數(shù)和約束控制參數(shù)。而將那些變化范圍不是很大或者對(duì)設(shè)計(jì)要求而言局部設(shè)計(jì)考慮就能滿足設(shè)計(jì)要求的參數(shù)確立為預(yù)定參數(shù)，這樣做可以大大減少計(jì)算、編排、設(shè)計(jì)的工作量。第二，確定目標(biāo)函數(shù)。尋求一組可以滿足預(yù)定條件的鋼筋截面積和截面幾何尺寸以及是小概率，已達(dá)到總費(fèi)用最小。第三，確定約束條件。房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的約束條件包括強(qiáng)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)下的變量從上限到下限的約束條件等。在設(shè)計(jì)時(shí)，若要使結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法應(yīng)用于實(shí)際房屋工程，則必須通過(guò)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中實(shí)際約束條件與目標(biāo)約束條件相比較，保證每項(xiàng)約束條件都能符合規(guī)范，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)。
(2)設(shè)定優(yōu)化設(shè)計(jì)計(jì)算方案
由于房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中適用性優(yōu)化問(wèn)題較為復(fù)雜，屬于多變量、多約束非線性優(yōu)化問(wèn)題，所以在計(jì)算當(dāng)中，通常是將有約束優(yōu)化問(wèn)題轉(zhuǎn)化為無(wú)約束來(lái)求解。其中可以利用的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)計(jì)算方法有拉式乘子法、復(fù)合形法等。
(3)進(jìn)行程序設(shè)計(jì)
根據(jù)在以上整體優(yōu)化模型和選擇優(yōu)化設(shè)計(jì)計(jì)算方案的基礎(chǔ)上進(jìn)行編制，做出功能齊全、運(yùn)算快速的綜合程序。
(4)結(jié)果分析
在得出計(jì)算結(jié)果后，對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析，最終確定理想的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。
筆者以上敘述了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的步驟，考慮到建筑工程投資數(shù)額巨大，涉及范圍較廣，所以在具體執(zhí)行過(guò)程中應(yīng)當(dāng)從多角度全方位的考慮問(wèn)題。正確處理技術(shù)與經(jīng)濟(jì)之間的關(guān)系，不能僅僅為了節(jié)約資金就忽視建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)、方法。在設(shè)計(jì)中不但要保證技術(shù)上的合理要求，還應(yīng)控制投資不被浪費(fèi)。
3結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法在房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用
結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法在實(shí)際應(yīng)用中主要是在不改變房屋建筑使用性能的前提下，利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)達(dá)到降低工程成本、提高經(jīng)濟(jì)性的目的。一般應(yīng)用在建筑的整體設(shè)計(jì)、前期設(shè)計(jì)以及抗震設(shè)計(jì)等各個(gè)階段，在以下筆者分為三方面逐一進(jìn)行論述。
3.1結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法應(yīng)注重前期參與
房屋建筑項(xiàng)目屬于長(zhǎng)期的投資計(jì)劃過(guò)程，所以說(shuō)在實(shí)際當(dāng)中非常容易受到影響，故而前期方案就顯得尤為重要。目前存在的主要問(wèn)題就是設(shè)計(jì)人員在前期方案階段忽視結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法，在設(shè)計(jì)中不考慮建筑結(jié)構(gòu)的合理性，這樣持續(xù)下去在后期必然會(huì)因?yàn)樵黾咏Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)困難而加大成本投入。要知道前期方案的確定的好會(huì)會(huì)直接影響到總投資成本的高低，所以在前期方案階段使優(yōu)化設(shè)計(jì)參與其中，能夠有效避免投資過(guò)多所造成的浪費(fèi)。
3.2概念設(shè)計(jì)優(yōu)化方法在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的作用
對(duì)于同一建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案在結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法的布置上均會(huì)出現(xiàn)多種不同的情況，即就是幾經(jīng)確定了建筑物的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)布置，在不同種荷載情況下也存在著不同的分析方法。而且在分析的過(guò)程中，設(shè)計(jì)的參數(shù)、材料、荷載、承載能力的取值都不是唯一的。尤其是建筑物細(xì)部結(jié)構(gòu)問(wèn)題的處理更是復(fù)雜多變。應(yīng)對(duì)以上問(wèn)題要想單純利用計(jì)算機(jī)是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的，作為工程設(shè)計(jì)人員就必須根據(jù)自己的判斷展開設(shè)計(jì)，但是這種判斷只適用于一般規(guī)律指導(dǎo)下進(jìn)行，所以說(shuō)概念設(shè)計(jì)優(yōu)化方法在沒(méi)有具體數(shù)值量化的情況下作為輔依據(jù)，可以避免設(shè)計(jì)偏差，從而達(dá)到最佳效果。
3.3概念設(shè)計(jì)處理的實(shí)際建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問(wèn)題
在這一問(wèn)題上我們所希望的是通過(guò)概念設(shè)計(jì)，能使房屋建筑工程結(jié)構(gòu)在遭遇各種外力作用下不受破壞會(huì)將破壞程度降到最低，因此對(duì)可能遭遇的破壞因素進(jìn)行分析就顯得尤為重要，這里必須提到的一個(gè)因素就是地震，因?yàn)榈卣馃o(wú)法預(yù)測(cè)而且破壞力極強(qiáng)，所以在對(duì)房屋結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中就應(yīng)當(dāng)考慮到工程區(qū)域在歷史上的地震活動(dòng)情況和自然災(zāi)害發(fā)生情況，根據(jù)這些未雨綢繆，從計(jì)算及構(gòu)造等各個(gè)方面入手采取一些提高抗震、抗災(zāi)害的措施辦法。若要構(gòu)建這樣的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)防思想，就必須把概念設(shè)計(jì)作為重點(diǎn)。
4結(jié)束語(yǔ)
綜上所述，可以說(shuō)對(duì)房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法的研究是一項(xiàng)非常復(fù)雜的綜合性問(wèn)題。我前邊增提到，安全、適用、經(jīng)濟(jì)、美觀、便與施工等五種效果是房屋設(shè)計(jì)優(yōu)化的原則，但是這五種效果之間又相互獨(dú)立、相互矛盾。所以盡管在結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用的今天，如何使這五種因素更好的融合仍然需要我們?cè)谝院蟮膽?yīng)用實(shí)踐中多探索、多積累，達(dá)到一種用最低造價(jià)實(shí)現(xiàn)最佳效益，既美觀又合理，魚和熊掌兼得的設(shè)計(jì)效果。
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【關(guān)鍵詞】建筑結(jié)構(gòu)；房屋結(jié)構(gòu)；成本優(yōu)化；設(shè)計(jì)規(guī)劃
隨著人們生活品質(zhì)的不斷提高，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求也日漸高漲。建筑結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)優(yōu)化時(shí)尚有不少問(wèn)題需考慮，針對(duì)此，該文通過(guò)論述優(yōu)化設(shè)計(jì)的要求，介紹一些建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的改進(jìn)思路和對(duì)策。
1房屋結(jié)構(gòu)整體設(shè)計(jì)優(yōu)化概述
房屋建具有很強(qiáng)的系統(tǒng)性，各種結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)也往往需要涉及多方面內(nèi)容，從宏觀的角度來(lái)看，對(duì)于房屋建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)優(yōu)化可以大致分為整體結(jié)構(gòu)和局部結(jié)構(gòu)兩種，其中，整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要包括以下內(nèi)容：（1）對(duì)房屋建筑的基本結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化；（2）對(duì)房屋建筑的頂部結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化；（3）對(duì)房屋建筑總體維護(hù)、細(xì)節(jié)架構(gòu)等系列問(wèn)題進(jìn)行優(yōu)化；
在明確房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化的目的基礎(chǔ)上，工作人員應(yīng)充分利用有限的空間資源，有效控制資金損耗，加強(qiáng)提高建筑材料和器械的使用效率，讓房屋建筑更加安全可靠。根據(jù)以往的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，通過(guò)房屋建筑設(shè)計(jì)優(yōu)化之后，工程損耗可以降低5%～30%左右，因此，在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)當(dāng)中，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化無(wú)疑具有非常顯著的社會(huì)與經(jīng)濟(jì)效益，只有采取積極主動(dòng)的優(yōu)化態(tài)度，才能讓房屋建筑可以更加的經(jīng)濟(jì)、實(shí)用，使現(xiàn)有資源的使用效益實(shí)現(xiàn)最大化轉(zhuǎn)變。
2 住宅建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的作用
建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，首先需要解決的問(wèn)題就是建筑結(jié)構(gòu)如何滿足效益的長(zhǎng)遠(yuǎn)化，在這個(gè)問(wèn)題得到有效解決的基礎(chǔ)上，再對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性與經(jīng)濟(jì)性做到盡可能的優(yōu)化。與傳統(tǒng)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念相比，當(dāng)前所采用的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的有效應(yīng)用，能夠有效降低工程成本，一般能達(dá)到10%到35%的效果。其次建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法的應(yīng)用，還能夠做到對(duì)建筑材料有效性與利用率的最大程度發(fā)揮，能夠讓建筑物的各個(gè)空間與整體能夠達(dá)到相互協(xié)調(diào)的效果，并能夠滿足質(zhì)量安全管理規(guī)定的要求。另外，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方案的應(yīng)用，還能夠?qū)ㄖ锏脑仍O(shè)計(jì)起到完善的作用。所以，建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)起到重要的作用。
4 住宅建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的方法
住宅建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化是要通過(guò)對(duì)擬建住宅進(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。
1. 結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型的建立
在進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的過(guò)程中首要的問(wèn)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。
2. 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的計(jì)算方法
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(lái)的變量多、約束條件多且非線性，因此在計(jì)算過(guò)程中，一般的做法是先將有約束的優(yōu)化問(wèn)題轉(zhuǎn)化為無(wú)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。
5 住宅建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的應(yīng)用分析
建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)要在保證建筑使用功能的條件下，利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)達(dá)到提高結(jié)構(gòu)安全度、降低工程造價(jià)、提高經(jīng)濟(jì)性的效果，也就是要貫穿建筑的整體設(shè)計(jì)、前期規(guī)劃及抗震設(shè)計(jì)等階段。
1. 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的前期參與
建筑是相對(duì)長(zhǎng)期的投資，常見的建筑使用年限均在 50～100 年間，這就要求結(jié)構(gòu)能夠保證在設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)，建筑能夠保持基本的使用功能、良好的空間環(huán)境。因此，要在建筑方案設(shè)計(jì)初期就加入結(jié)構(gòu)優(yōu)化的考慮。這樣可以有效避免出現(xiàn)結(jié)構(gòu)不合理、工程造價(jià)高等問(wèn)題。也就是說(shuō)，在建筑方案的設(shè)計(jì)初期就加入結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，是提高建筑利用率的有效方法。
2. 結(jié)構(gòu)的概念優(yōu)化設(shè)計(jì)
一幢建筑的完成，可以有不同的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案；另外，對(duì)于同一種結(jié)構(gòu)布置方案，采用不同的結(jié)構(gòu)荷載、材料和分析方法，參數(shù)的取值也是有較大區(qū)別的。這些是通過(guò)計(jì)算機(jī)無(wú)法實(shí)現(xiàn)的，需要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員作出合理的選擇，根據(jù)工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)來(lái)進(jìn)行參數(shù)的確定。通過(guò)概念優(yōu)化設(shè)計(jì)，可以預(yù)算建筑結(jié)構(gòu)在各種外力荷載的作用下的內(nèi)力分布，以及將所有不利的荷載集中加載時(shí)可能出現(xiàn)的破壞形式等，如建筑結(jié)構(gòu)在地震荷載作用下的破壞情況等，得到預(yù)算結(jié)果后，就可以作為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的有利參考資料，采取有效的結(jié)構(gòu)方案，選用有利的建筑材料和構(gòu)造形式，從而降低剛度不均勻、結(jié)構(gòu)的不對(duì)稱等對(duì)抗震不利的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。因此，結(jié)構(gòu)的概念優(yōu)化設(shè)計(jì)在自然災(zāi)害發(fā)生時(shí)，顯得尤為的重要。
6 住宅建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)的應(yīng)用需注意的問(wèn)題
6.1 房屋建筑機(jī)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)的應(yīng)用需注意到前期的參與
房屋建筑前期的設(shè)計(jì)方案直接影響建筑項(xiàng)目的成本，但是很多前期方案確定中卻不包括結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)，以致相關(guān)的設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，常常忽略建筑結(jié)構(gòu)的和理性和可行性，這樣不但增加了機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的難度，而且使房屋建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)成本也相應(yīng)增加。因此，設(shè)計(jì)人員在前期設(shè)計(jì)時(shí)要充分的融入優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，節(jié)約建筑成本。
6.2 設(shè)計(jì)人員要注重細(xì)部?jī)?yōu)化
設(shè)計(jì)人員在注重整體設(shè)計(jì)的同時(shí)，還要加強(qiáng)對(duì)結(jié)構(gòu)基本構(gòu)建的精細(xì)設(shè)計(jì)。如盡量劃分矩形板塊的現(xiàn)澆板設(shè)計(jì)，增加現(xiàn)澆板的受力程度和避免出現(xiàn)拐角裂縫。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和優(yōu)化設(shè)計(jì)理論的相互結(jié)合，優(yōu)化設(shè)計(jì)已經(jīng)從工程實(shí)踐問(wèn)題逐漸向數(shù)學(xué)問(wèn)題過(guò)渡，因此，工程設(shè)計(jì)人員還要加強(qiáng)自身基于計(jì)算機(jī)技術(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)分析，使自身的設(shè)計(jì)更為合理和科學(xué)。
7 結(jié)語(yǔ)
結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)是一個(gè)全面、綜合的課題，需要周密的部署并且嚴(yán)格的實(shí)施結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的首要任務(wù)是在實(shí)現(xiàn)建筑工程的基礎(chǔ)上，保證建筑的舒適度好的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能夠給企業(yè)帶來(lái)可觀的經(jīng)濟(jì)效益，而結(jié)構(gòu)安全更是生命恢關(guān)的大事我國(guó)規(guī)范明確規(guī)定，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)要避免薄弱環(huán)節(jié)，確保結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中計(jì)算出的理論值與實(shí)際相符合，并確保建筑材料的安全可靠結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程非常復(fù)雜，因此要選取最優(yōu)的方案根據(jù)具體的工程結(jié)合設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)對(duì)工程進(jìn)行合理的分析，確保工程的安全和經(jīng)濟(jì)效益結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)能夠加快設(shè)計(jì)進(jìn)度，節(jié)省工程造價(jià)，全面提高工程的質(zhì)量與安全因此，必須加強(qiáng)人們對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的重視不斷提高建
筑的使用價(jià)值，最大限度的增加結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的時(shí)效性。
參考文獻(xiàn)
[1]孫大偉，陶志軍.淺析建筑結(jié)構(gòu)中的優(yōu)化設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2012（23）.
[2]鄢皓，李衛(wèi)華.試談結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].佳木斯教育學(xué)院學(xué)報(bào)，2012（4）.
【關(guān)鍵詞】建筑結(jié)構(gòu);設(shè)計(jì);優(yōu)化設(shè)計(jì);方法
1、建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的基本理論
結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法的理論是指在從事結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)師時(shí)，除了考慮設(shè)計(jì)對(duì)象的基本使用功能及安全可靠性，還應(yīng)該把它的設(shè)計(jì)對(duì)象設(shè)計(jì)得盡可能的完美。這就是我們所說(shuō)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的最優(yōu)化問(wèn)題。用科學(xué)的語(yǔ)言表述出來(lái)就是，利用確定的數(shù)學(xué)方法，在所有可能的設(shè)計(jì)方案的集合中，找到能夠滿足預(yù)定目標(biāo)的最滿意的答案。建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)體現(xiàn)在建設(shè)工程的各個(gè)階段，包括決策階段、設(shè)計(jì)階段、建設(shè)階段。在決策階段，我們要確定建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)所要達(dá)到的整體目標(biāo)，滿足其本體功能，最大程度的保障安全性，降低投資成本;在設(shè)計(jì)階段，我們要確定每個(gè)字系統(tǒng)的優(yōu)化方案;在建設(shè)階段，應(yīng)以結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)優(yōu)化為基本原則，組建好沒(méi)一個(gè)子系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)整體結(jié)構(gòu)的優(yōu)化布局。在決策階段的優(yōu)化選擇是關(guān)鍵，設(shè)計(jì)階段的優(yōu)化設(shè)計(jì)是核心，建設(shè)階段的結(jié)構(gòu)優(yōu)化建設(shè)是基礎(chǔ)，只有三個(gè)階段緊密配合，才能實(shí)現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的總體目標(biāo)。
2、建筑設(shè)計(jì)優(yōu)化的意義
2.1通過(guò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)來(lái)降低總造價(jià)
進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們知道多層住宅和高層住宅相比較，層數(shù)越其總建筑面積就越大，單位建筑面積占用的土地面積就越小，節(jié)約了用地資源。但與此同時(shí)，隨著建筑層數(shù)的增多，建筑總高度也會(huì)增加，樓間距就得加大，這是占用的土地節(jié)約量就與建筑曾數(shù)的增加比例不相同了。此外，一棟樓不管有多少層只有一個(gè)屋蓋，它的成本下降會(huì)比較的明顯。就基礎(chǔ)部分而言，雖然也只是各層公用的，當(dāng)層數(shù)增加時(shí)會(huì)加大基礎(chǔ)部分的負(fù)荷量，為此要加大基礎(chǔ)部分的建設(shè)，這樣造價(jià)雖有降低，但并不如屋蓋的效果那樣明顯。
2.2通過(guò)建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化來(lái)提高建筑結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性
隨著建筑層數(shù)的增加，墻體的面積和主體的體積會(huì)隨之增加，結(jié)構(gòu)的自重也會(huì)增加，基礎(chǔ)合住的承受力相應(yīng)也會(huì)增加，水衛(wèi)和電器管線會(huì)增長(zhǎng);相反降低層高，可以節(jié)省材料，有利于抗震，同時(shí)建筑的總高度減小，兩建筑之間的日照距離會(huì)減少，間接的節(jié)約了用地，建筑面積相同的情況下，如果選用不同的樓形時(shí)，它的外墻的周長(zhǎng)會(huì)減少。基于此，當(dāng)選用越接近圓形或方形的的平面形狀時(shí)，外墻周長(zhǎng)的系數(shù)就會(huì)越小，基礎(chǔ)，外墻砌體以及內(nèi)外表面的裝修都會(huì)隨之減少，同時(shí)，受利性能也能得到加強(qiáng)，增加了建筑的經(jīng)濟(jì)性能。
3、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中優(yōu)化設(shè)計(jì)的技術(shù)方法
把結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)應(yīng)用于項(xiàng)目的建筑的前期設(shè)計(jì)、整體設(shè)計(jì)、抗震設(shè)計(jì)以及舊房改造等設(shè)計(jì)的各分部環(huán)節(jié)，從而創(chuàng)造較大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。因此，在按照結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的方法和結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)模型進(jìn)行實(shí)踐應(yīng)用的過(guò)程中，要注意以下幾個(gè)方面：
3.1要注意前期參與
在進(jìn)行設(shè)計(jì)過(guò)程中，前期方案的確定在很大程度上決定著建筑的總投資。如果在進(jìn)行前期方案結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程存在的普遍問(wèn)題沒(méi)有得到及時(shí)的處理和解決，就會(huì)在一定程度上影響建筑師設(shè)計(jì)的合理性、可行性以及科學(xué)性。在實(shí)際中，建筑布局的不規(guī)則性往往會(huì)給結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)造成不同程度的影響，這不僅會(huì)增大結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的難度，同時(shí)還有可能會(huì)增加建筑設(shè)計(jì)的總投資。在方案的初期就要采用科學(xué)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，配合建筑功能對(duì)明顯不合理的方案予以否決。同時(shí)，可以確定一些結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本參數(shù)，不需要等到施工圖階段再研究。參數(shù)包括：建筑物所在地、風(fēng)雪荷載取值、層數(shù)、抗震設(shè)防烈度和抗震等級(jí)、有無(wú)不良地質(zhì)、磚墻材料、當(dāng)?shù)啬苁┕さ淖罡呋炷翉?qiáng)度等級(jí)等。
3.2概念設(shè)計(jì)與細(xì)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化
概念設(shè)計(jì)就是工程抗震問(wèn)題不完全依賴“計(jì)算設(shè)計(jì)”解決，而立足于工程抗震基本理論及長(zhǎng)期工程抗震經(jīng)驗(yàn)總結(jié)。在進(jìn)行概念設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)把握好能量輸入、房屋體形、結(jié)構(gòu)體系、剛度分配、構(gòu)件延性等幾個(gè)主要方面。
體現(xiàn)概念設(shè)計(jì)需要從以下幾個(gè)方面入手：第一，選擇工程場(chǎng)址時(shí)，應(yīng)該進(jìn)行詳細(xì)勘察，搞清地形、地質(zhì)情況，挑選對(duì)建筑抗震有利的地段，盡可能避開對(duì)建筑抗震不利的地段，不得選擇抗震危險(xiǎn)地段。第二建筑的動(dòng)力性能基本上取決于它的建筑布局和結(jié)構(gòu)布置。建筑布局簡(jiǎn)單合理，結(jié)構(gòu)布置符合抗震原則，就能從根本上保證建筑具有良好的耐震性能。第三，在建筑的方案設(shè)計(jì)階段，研究建筑形式的同時(shí)，需要考慮選用哪一種結(jié)構(gòu)材料，以及采用什么樣的結(jié)構(gòu)體系。因?yàn)椴煌慕Y(jié)構(gòu)體系，其抗震性能、使用效果和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)亦不同。在選擇結(jié)構(gòu)體系的同時(shí)，也要考慮建筑物剛度與場(chǎng)地條件的關(guān)系，這樣才能選擇更為合理的基礎(chǔ)形式，從體系上完成優(yōu)化設(shè)計(jì)。第四，合理選擇多道抗震防線。一個(gè)抗震結(jié)構(gòu)體系，應(yīng)由若干個(gè)延性較好的分體系組成，并由延性較好的結(jié)構(gòu)構(gòu)件連接起來(lái)協(xié)同工作。在體系內(nèi)外部設(shè)置較多的贅余度，有意識(shí)地建立起一系列分布的屈服區(qū)，以使結(jié)構(gòu)能夠吸收和耗散大量的地震能量。第五，建筑剛度、承載力和延性需要合理協(xié)調(diào)。結(jié)構(gòu)剛度越大，可以減小結(jié)構(gòu)側(cè)移，減輕地震災(zāi)害的損失。但結(jié)構(gòu)剛度大，要求結(jié)構(gòu)具有與較大地震反應(yīng)對(duì)應(yīng)的較高水平力，同時(shí)，提高結(jié)構(gòu)的抗側(cè)移剛度，往往是以提供工程造價(jià)及降低結(jié)構(gòu)延性指標(biāo)為代價(jià)的。因此，在確定建筑結(jié)構(gòu)體系時(shí)，需要在結(jié)構(gòu)剛度、承載力及延性之間尋求一種較好的匹配關(guān)系。第六，處理好結(jié)構(gòu)體系中的非結(jié)構(gòu)部件。比如說(shuō)高層建筑應(yīng)盡可能地選擇輕質(zhì)填充材料，不僅是為了減輕整個(gè)建筑的重量，還是為了減輕填充墻體對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)體系的影響。因此需要妥善處理那些非結(jié)構(gòu)部件，以提高建筑的抗震可靠度。
在設(shè)計(jì)過(guò)程中，還要注意對(duì)建筑結(jié)構(gòu)細(xì)部進(jìn)行優(yōu)化。如現(xiàn)澆板結(jié)構(gòu)中的異形板拐角處，這是應(yīng)力比較集中位置，需要進(jìn)行加強(qiáng)處理;如果不引起重視，此處就會(huì)很容易出現(xiàn)裂縫。“艸”字形、“井”字形等外伸長(zhǎng)度較大的建筑，當(dāng)中央部分樓板有較大削弱時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)樓板以及連接部位墻體的構(gòu)造措施，必要時(shí)可在外伸段凹槽處設(shè)置連接梁或連接板。樓板開大洞的情況越來(lái)越多，樓板開洞削弱后，根據(jù)建筑布局情況，可以采取加厚洞口附近樓板，提高樓板的配筋率，采用雙層雙向配筋;也可以在洞口邊緣設(shè)置邊梁、暗梁;還可以在樓板洞口角部集中配置斜向鋼筋。還要注意選擇適當(dāng)?shù)匿摻睿鶕?jù)當(dāng)?shù)氐慕ㄖ牧瞎?yīng)情況，做到就地取材。同時(shí)在做設(shè)計(jì)時(shí)，外立面上的懸挑板配筋，既要做到安全要求，又要滿足施工要求，實(shí)現(xiàn)較好的效果。
4、結(jié)語(yǔ)
總之，不斷優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，不僅可以有效提高建筑的功能性、安全性、穩(wěn)定性，還可以充分的滿足人們的審美要求。所以，我們作為新時(shí)展下的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作人員，在設(shè)計(jì)工作開展過(guò)程中不斷創(chuàng)新設(shè)計(jì)理念、創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法、設(shè)計(jì)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。
參考文獻(xiàn)：
建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化在房屋設(shè)計(jì)中的應(yīng)用是一種必然的發(fā)展趨勢(shì)，隨著人們生活水平的越來(lái)越高，人們對(duì)生活環(huán)境質(zhì)量要求也越來(lái)越高，所以，對(duì)房屋結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)是一種必然的社會(huì)發(fā)展結(jié)果。對(duì)房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)很多人都是把適用、安全、經(jīng)濟(jì)、美觀等因素作為設(shè)計(jì)的要求，也是設(shè)計(jì)者設(shè)計(jì)出來(lái)建筑物要達(dá)到的效果，不僅僅要對(duì)空間的使用大大的提高，對(duì)有限資源的使用進(jìn)行最大化，從而達(dá)到房屋建筑設(shè)計(jì)要求的目標(biāo)。建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)相對(duì)于傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，在建筑程成本上能夠降低10%———30%的工程造價(jià)。優(yōu)化方法的技術(shù)性實(shí)現(xiàn)，能夠使得材料的利用率達(dá)到最高，從而使得建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)部各個(gè)單元的設(shè)計(jì)得到最好的協(xié)調(diào)，并且能夠完整的達(dá)到建筑工程規(guī)范的安全性程度［3］。同時(shí)，還能夠?qū)ㄖw性方案設(shè)計(jì)進(jìn)行合理的決策有著非常重要的作用，優(yōu)化設(shè)計(jì)是對(duì)適用、安全、經(jīng)濟(jì)、美觀等條件的實(shí)現(xiàn)最好有效的途徑。
2結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)應(yīng)用
以X地區(qū)住宅建筑設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)為主要研究對(duì)象，對(duì)其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)的應(yīng)用展開分析如下。
2．1X地區(qū)住宅建筑工程情況
這棟住宅整體高度為32層，整體上使用的是鋼結(jié)構(gòu)框架剪力墻的形式。結(jié)合實(shí)際情況和現(xiàn)場(chǎng)建筑的情況進(jìn)行分析，這棟建筑使用了結(jié)構(gòu)優(yōu)化的設(shè)計(jì)方案，對(duì)傳統(tǒng)的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模式進(jìn)行了改進(jìn)和創(chuàng)新，在建造的時(shí)候主要以人力施工為主，以計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)為輔助方式，對(duì)各個(gè)施工時(shí)間段的設(shè)計(jì)進(jìn)行了合理的優(yōu)化，而且對(duì)建筑的整體建筑工程實(shí)行了全局優(yōu)化的設(shè)計(jì)。這棟建筑設(shè)計(jì)方案與優(yōu)化之前相比，不單在建筑設(shè)計(jì)方面更加的合理，而且大量的節(jié)省了建筑成本，建筑成本和優(yōu)化之前相比較，工程造價(jià)降低了30%。
2．2X地區(qū)住宅建筑優(yōu)化設(shè)計(jì)的前期參與
在對(duì)住宅建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要想做到最優(yōu)的設(shè)計(jì)，最主要應(yīng)該要有一個(gè)最好的設(shè)計(jì)優(yōu)化的方案，在工程前期的規(guī)劃中工作人員應(yīng)該積極的對(duì)其進(jìn)行參與，對(duì)工程設(shè)計(jì)的實(shí)際情況展開充分的了解，有針對(duì)性的對(duì)建筑結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行合理的選擇和規(guī)劃，從而達(dá)到客觀上的需求，這樣能夠更進(jìn)一步的形成合理、科學(xué)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案，同時(shí)也能夠?yàn)榻ㄖこ淌┕ぷ龀鲇行У闹笇?dǎo)。只有一個(gè)比較好的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，才能夠?qū)?yōu)化設(shè)計(jì)的效果和質(zhì)量進(jìn)行有效的保障。相反，如果設(shè)計(jì)人員在工程施工的前期沒(méi)有投入到實(shí)際情況的設(shè)計(jì)中去，盲目的更具自身的經(jīng)驗(yàn)對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，就會(huì)因?yàn)楦鱾€(gè)方面的原因使得建筑結(jié)構(gòu)體系荷載能力不恰當(dāng)，使得建筑成本增加和建筑的安全性得不到保障。
2．3設(shè)計(jì)優(yōu)化的范圍
在對(duì)這棟建筑進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的過(guò)程當(dāng)中，要求相關(guān)的設(shè)計(jì)人員應(yīng)該嚴(yán)格的遵守相應(yīng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范，不僅僅能夠?qū)υO(shè)計(jì)規(guī)范中的條例進(jìn)行充分的了解，還要借個(gè)工程周邊環(huán)境的實(shí)際對(duì)建筑進(jìn)行合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化。與此同時(shí)還應(yīng)該對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范中的不足之處做出有效的改變，比如:安全性比較差、要求過(guò)于寬松等等，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該對(duì)當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況適當(dāng)?shù)南嘟Y(jié)合，從而在實(shí)際的情況下保證建筑設(shè)計(jì)優(yōu)化的效果。
3結(jié)束語(yǔ)
【關(guān)鍵詞】建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；優(yōu)化方法；現(xiàn)實(shí)應(yīng)用
一 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化方法與現(xiàn)實(shí)應(yīng)用的背景分析
隨著我們國(guó)家經(jīng)濟(jì)技術(shù)的不斷進(jìn)步和發(fā)展，全國(guó)人民的生活也逐步的走入了相對(duì)良好和穩(wěn)定的小康時(shí)代，相應(yīng)的對(duì)于生活質(zhì)量和環(huán)境要求也就越來(lái)越高，絕大多數(shù)的人都住進(jìn)了高層建筑當(dāng)中。在這樣一種實(shí)際的背景狀況下，人口持續(xù)增長(zhǎng)，土地資源卻是極其有限，建筑的建設(shè)與規(guī)格也在持續(xù)見長(zhǎng)，這使得土地、建筑物以及建筑物的建設(shè)成本都在不停的提升。由此，降低建筑建設(shè)成本就成為了建筑商在進(jìn)行建設(shè)的過(guò)程當(dāng)中最需要注意和考慮的。那在實(shí)際的建設(shè)過(guò)程的當(dāng)中應(yīng)當(dāng)以什么樣的方式來(lái)進(jìn)行建筑成本的控制呢？本文實(shí)際上也是針對(duì)于這樣一個(gè)問(wèn)題展開的討論和分析。
結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)目前在國(guó)外是非常有價(jià)值的一種理論系統(tǒng)，其核心就在于能夠通過(guò)對(duì)居住環(huán)境以及生活環(huán)境的改善來(lái)實(shí)現(xiàn)建筑產(chǎn)品質(zhì)量以及品位的提高，以這樣一種定性的思維和方式來(lái)實(shí)現(xiàn)工程建筑質(zhì)量最大化和成本最小化，因此具有適用、經(jīng)濟(jì)和適用的價(jià)值，是值得在實(shí)際的工程建設(shè)中予以廣泛的應(yīng)用和實(shí)施的。
二 優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法
現(xiàn)代社會(huì)環(huán)境下很多建筑物的造型都相當(dāng)?shù)膬?yōu)美和獨(dú)特，能夠給人以很好的精神享受，這樣一種良好的建筑效果從本質(zhì)上來(lái)看就正是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與建筑實(shí)施技術(shù)的良好協(xié)調(diào)和配合，以這樣一種方式來(lái)實(shí)現(xiàn)建筑美觀效果的完成。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所追求的五種最為基本的目標(biāo)就是：安全、經(jīng)濟(jì)、適用、美觀以及施工簡(jiǎn)便，因此我們?cè)谖闹兴懻摰慕Y(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案就要保證能夠切實(shí)的實(shí)現(xiàn)這些點(diǎn)，將其良好的應(yīng)用于實(shí)踐，這樣不斷能夠滿足人們對(duì)于美的追求，還能夠保證整個(gè)房屋建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理以及性能上的安全保障，成為名符其實(shí)的經(jīng)濟(jì)實(shí)用型建筑。我們?cè)趯?duì)其進(jìn)行深入的探討和分析時(shí)則往往需要通過(guò)兩個(gè)具體的方面來(lái)進(jìn)行：
第一方面：主要是建筑模型的優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，在進(jìn)行一項(xiàng)大型的建筑工程方案之前，首先必然是需要進(jìn)行建筑模型的設(shè)計(jì)的，而在這樣一個(gè)過(guò)程當(dāng)中對(duì)于建筑模型的優(yōu)化設(shè)計(jì)就是非常關(guān)鍵和有必要的。在進(jìn)行建筑模型的優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，主要的工作就是以下幾個(gè)部分：基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)方案的優(yōu)化設(shè)計(jì)、屋蓋系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)、圍護(hù)結(jié)構(gòu)方案的優(yōu)化設(shè)計(jì)以及結(jié)構(gòu)細(xì)部的優(yōu)化設(shè)計(jì)等。除此之外，還需要采取進(jìn)一步的處理措施，主要就是進(jìn)行必要的選型、布置以及準(zhǔn)確的受力分析，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)于造價(jià)本身的良好優(yōu)化。上述一系列的優(yōu)化過(guò)程都需要按照一切以實(shí)際出發(fā)的原則來(lái)進(jìn)行，也就是圍繞工程的實(shí)際狀況和需要來(lái)進(jìn)行，將房屋建筑的綜合經(jīng)濟(jì)效益以及房屋質(zhì)量的保證作為設(shè)計(jì)的最終目標(biāo)和要求。在進(jìn)行結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和規(guī)劃時(shí)，首要的就是要把握和設(shè)計(jì)的真實(shí)意圖，這樣才能夠盡可能的保證整個(gè)布置狀況的規(guī)則，并較大程度的降低剛度以及質(zhì)量中心之間的差異，以此來(lái)避免較大扭轉(zhuǎn)作用力的產(chǎn)生。
第二方面：主要是建筑模型的優(yōu)化結(jié)構(gòu)計(jì)算方案，計(jì)算方案的進(jìn)行和完成實(shí)際上只需要進(jìn)行相應(yīng)的編制并按照相應(yīng)的運(yùn)算程序進(jìn)行計(jì)算就能夠得到我們做需要的最終的優(yōu)化結(jié)果。但是我們需要注意和認(rèn)識(shí)到的就是，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化的過(guò)程當(dāng)中可能會(huì)涉及到多個(gè)方面的變量和約束條件，這也就意味著處理的是非線性的優(yōu)化問(wèn)題，針對(duì)于此，我們?cè)谶M(jìn)行計(jì)算方案的確定時(shí)就需要將一些有約束的條件轉(zhuǎn)化成為沒(méi)有約束條件的問(wèn)題來(lái)進(jìn)行計(jì)算。在實(shí)際的建筑工程設(shè)計(jì)中較多應(yīng)用的就是Powell算法和拉式乘子法以及符合性法等，利用這樣一些方法基本上就能夠?qū)崿F(xiàn)優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的良好計(jì)算。
三 優(yōu)化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)在實(shí)踐當(dāng)中的應(yīng)用
我們將結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案處理完成以后就可以將其應(yīng)用于實(shí)踐。對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行良好的優(yōu)化在現(xiàn)今的時(shí)代背景下實(shí)際上是非常好的一個(gè)課題，在目前開展的也比較普遍，我們采用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化方法就是希望能夠在不改變建筑結(jié)構(gòu)實(shí)際使用性能的前提下來(lái)保證其工程造價(jià)的大幅降低，因此將其應(yīng)用到實(shí)際的工程實(shí)踐當(dāng)中去就是我們工程人員不二的追求。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化在實(shí)際的工程環(huán)境中能夠應(yīng)用和滲透到其進(jìn)行的各個(gè)步驟和環(huán)節(jié)當(dāng)中去，這其中就包括整體的設(shè)計(jì)階段、前期的設(shè)計(jì)階段、舊房的改造以及抗震設(shè)計(jì)當(dāng)中去，并能夠在應(yīng)用的過(guò)程當(dāng)中發(fā)揮出巨大的效益來(lái)。我們?cè)诎凑战Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的理論方法對(duì)模型進(jìn)行改造實(shí)踐的過(guò)程中，需要注意以下三個(gè)方面的具體問(wèn)題，下文中正是針對(duì)于這樣三個(gè)問(wèn)題進(jìn)行了詳盡的闡述和分析。
3.1 參與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的前期工作
這樣一個(gè)方面的強(qiáng)調(diào)主要是因?yàn)榍捌诠ぷ鞯倪M(jìn)行直接影響到整個(gè)建筑工程的總造價(jià)，而現(xiàn)如今大多數(shù)工程在進(jìn)行建設(shè)的過(guò)程當(dāng)中最為普遍的問(wèn)題往往也就是其前期方案結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上的問(wèn)題，建筑師在進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候更多關(guān)注的是設(shè)計(jì)本身的問(wèn)題，而極少關(guān)注結(jié)構(gòu)自身的合理性和可行性，這就使得建筑結(jié)構(gòu)在進(jìn)行建設(shè)的過(guò)程當(dāng)中面臨著較多方面的問(wèn)題，更多的是會(huì)引起工程造價(jià)的提高，這就與我們進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)本身的目的有所違背。正是因?yàn)檫@樣，我們有必要在進(jìn)行建設(shè)之前針對(duì)于不同的建筑類別來(lái)對(duì)結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行選擇，為整個(gè)工作的開展和進(jìn)行提供良好的開端。
3.2 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
所謂概念設(shè)計(jì)實(shí)際上也就是指一些沒(méi)有具體的數(shù)值來(lái)進(jìn)行量化的指標(biāo)，包括地震的防裂度以及其本身的不確定性等，因此在進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算的時(shí)候難免會(huì)和現(xiàn)實(shí)產(chǎn)生較大的差別，正是在這樣一種背景下我們才需要在對(duì)這樣一種指標(biāo)進(jìn)行設(shè)計(jì)和確定時(shí)選擇使用概念設(shè)計(jì)的方法，將數(shù)值僅僅只是作為輔助或者是參考的依據(jù)來(lái)進(jìn)行。在這樣一種設(shè)計(jì)的過(guò)程當(dāng)中更為強(qiáng)調(diào)的就是設(shè)計(jì)人員本身的靈活性以及應(yīng)用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法的能力，這樣良好的結(jié)合才能夠真正實(shí)現(xiàn)效果上的最優(yōu)化。
3.3 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)化進(jìn)行過(guò)程中最開始的一步就是進(jìn)行方案的選擇，如果是樁基礎(chǔ)的話，就有必要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的地質(zhì)條件來(lái)選擇樁基的類型，以此來(lái)最大程度的降低造價(jià)。在建設(shè)進(jìn)行的過(guò)程當(dāng)中，樁端持力層對(duì)于灌注樁樁長(zhǎng)的選擇影響也是非常大的，因此需要進(jìn)行較多的對(duì)比和分析以后再來(lái)進(jìn)行核實(shí)方案的確定和選擇。
結(jié)語(yǔ)：通過(guò)上文中詳盡的分析我們就可以看到，利用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的技術(shù)方法是能夠切實(shí)有效的提高空間、資源等的利用率的，除此之外，還能夠最大程度的實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性的最大化，這樣一種狀況實(shí)際上就是我們?cè)谶M(jìn)行工程設(shè)計(jì)的過(guò)程當(dāng)中最希望能夠?qū)崿F(xiàn)的。滿足了建筑產(chǎn)品本身品質(zhì)不斷提高的基本要求，更重要的是能夠?qū)崿F(xiàn)人們對(duì)于生活質(zhì)量以及生活水平的更高要求。最后，實(shí)際上也是實(shí)現(xiàn)了建筑商不斷尋求新手段吸引顧客的目的，達(dá)到降低工程建設(shè)實(shí)際造價(jià)的目的。
參考文獻(xiàn)
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關(guān)鍵詞：建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；優(yōu)化；方法；應(yīng)用
中圖分類號(hào)： TU2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)：
在進(jìn)行建筑整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一系列過(guò)程中，為了實(shí)現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)在空間、實(shí)用性、整體效果以及造價(jià)等方面達(dá)到最優(yōu)狀態(tài)，在完成基礎(chǔ)設(shè)計(jì)之后，接下來(lái)還需要對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化。特別是在整體結(jié)構(gòu)的造價(jià)控制這一方面，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化是做好造價(jià)控制的主要途徑。傳統(tǒng)的建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)大部分都是以建筑的造價(jià)為根本進(jìn)行控制的，而隨著人們對(duì)建筑的實(shí)用性及整體效果要求的不斷增加，建筑使用的方便性以及整體效果如今已經(jīng)成了人們關(guān)注的重點(diǎn)。而各種不同的設(shè)計(jì)方案對(duì)建筑材料的選用、建筑基礎(chǔ)類型的選擇、房屋進(jìn)深的確定、建筑的層高以及總層數(shù)的確定等都是需要進(jìn)行優(yōu)化的問(wèn)題與對(duì)象，所以，在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的整個(gè)過(guò)程中，應(yīng)對(duì)上述問(wèn)題予以綜合考慮、重點(diǎn)考慮。
建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的內(nèi)容及意義
建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面，一是對(duì)建筑工程總體結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，二是對(duì)建筑工程局部結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。其中，建筑工程局部結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)的對(duì)象主要包括以下幾點(diǎn)：1）基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)方案；2）屋蓋系統(tǒng)方案；3）圍護(hù)結(jié)構(gòu)方案；4）結(jié)構(gòu)細(xì)部等。對(duì)上述對(duì)象進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，通常還會(huì)涉及選型、受力分析以及造價(jià)分析等諸多內(nèi)容。總之，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化的過(guò)程中，不僅要嚴(yán)格依據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范執(zhí)行，還應(yīng)充分結(jié)合建筑工程的具體情況，最終提高建筑工程的綜合經(jīng)濟(jì)效益[1]。
建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的意義主要在于兩點(diǎn)，一是提高建筑工程的安全性及可靠性，二是降低建筑工程的總造價(jià)。通過(guò)對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法應(yīng)用得當(dāng)?shù)那闆r下，能大幅降低建筑工程的總造價(jià)，最高可達(dá)30%。通過(guò)優(yōu)化方法的有效應(yīng)用，一方面能夠最大限度體現(xiàn)物質(zhì)的性能，另一方面能夠?yàn)橐?guī)劃的實(shí)際執(zhí)行提供一系列有用的參考資料。
建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法概述
對(duì)于建筑整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化而言，建筑結(jié)構(gòu)的概念設(shè)計(jì)既是重要基礎(chǔ)，又是一個(gè)主要方向。運(yùn)用概念設(shè)計(jì)方法，能夠有效提高建筑工程的安全性及穩(wěn)定性，將各種外力所帶來(lái)的破壞效果降至最低。建筑在實(shí)際使用環(huán)節(jié)，難免會(huì)遇到不同類型的不穩(wěn)定因素。建筑概念設(shè)計(jì)將會(huì)致力于這些不穩(wěn)定因素的解決，以提高建筑的實(shí)用性。對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的諸多可能破壞因素進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)地震這一破壞因素最難以控制，因?yàn)榈卣鸢l(fā)生時(shí)，將會(huì)給建筑施加一個(gè)極大的作用力，同時(shí)地震又是難以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)的。所以，在優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的實(shí)際環(huán)節(jié)，應(yīng)該站在整體的角度對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，采取多項(xiàng)措施以達(dá)到提高建筑結(jié)構(gòu)抗震能力的目的。另外，設(shè)計(jì)方案中如果有不利于建筑結(jié)構(gòu)抗震的因素，則應(yīng)對(duì)其進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，無(wú)法調(diào)整時(shí)，則應(yīng)放棄。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的幫助下，建筑在整體剛度方面應(yīng)該達(dá)到均勻、對(duì)稱的效果，如此一來(lái)，便有效保證了建筑結(jié)構(gòu)在地震作用下的安全性[2]。與此同時(shí)，是實(shí)際設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，還應(yīng)綜合其他優(yōu)化方法的應(yīng)用，以提高建筑的抗震能力。如延性設(shè)計(jì)，該種設(shè)計(jì)方法能夠很好地保護(hù)地震中的建筑免受脆性破壞的危害；又如多道設(shè)防的設(shè)計(jì)方法，其設(shè)計(jì)思路是，當(dāng)發(fā)生劇烈地震時(shí)，“犧牲”部分次要結(jié)構(gòu)去吸收地震能量，以降低地震對(duì)建筑主體結(jié)構(gòu)的破壞效果。在進(jìn)行建筑整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，應(yīng)注意上述優(yōu)化方法的有效運(yùn)用。
建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法的應(yīng)用
3.1提高建筑結(jié)構(gòu)空間利用率的方法
在衡量建筑是否人性化的諸多指標(biāo)中，空間利用率是一個(gè)關(guān)鍵性指標(biāo)。下文將針對(duì)如何提高空間利用率這一點(diǎn)展開探討，探討相關(guān)的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法，以滿足建筑實(shí)用性及人性化的要求。
3.1.1基本思路
在提高空間利用率的方法中，充分考慮并利用了整體與局部之間的關(guān)系。這個(gè)關(guān)系可用下列公式表示：
N=1+1+1+1+1……
兩種情況：1）當(dāng)N代表建筑主體時(shí)，那么各個(gè)1則分別代表臥室、客廳、廚房以及衛(wèi)生間等；2）當(dāng)N代表臥室（以臥室為例）時(shí)，那么各個(gè)1則分別代表臥室中的床鋪、梳妝臺(tái)、衣柜以及電視柜等[3]。
3.1.2提高空間利用率的目的
隨著城市人口密度的不斷增加，給城市土地資源帶來(lái)了極大的壓力，在這種背景下，提高空間利用率具有十分積極的現(xiàn)實(shí)意義。提高空間利用率，一方面能夠減少空間浪費(fèi)，提高空間的實(shí)用性，另一方面能夠增加空間利用的人性化。
3.1.3具體的實(shí)施方法
具體的實(shí)施方法如下：1）確定建筑空間的面積；2）當(dāng)確保建筑容積效率之后，再確定結(jié)構(gòu)的最適宜進(jìn)深；3）計(jì)算面寬；4）確定房間的具體進(jìn)深，同時(shí)確定房間家具的尺寸和實(shí)用性；5）確定目標(biāo)空間結(jié)構(gòu)，同時(shí)確定合理的交通面積；6）增加客廳、臥室以及廚房的面積[4]。
3.2結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法的應(yīng)用步驟
3.2.1建立結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化模型
對(duì)建筑整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化時(shí)，一般步驟如下：1）確定設(shè)計(jì)變量。所謂設(shè)計(jì)變量指的是可能會(huì)對(duì)建筑整體效果或者實(shí)用性產(chǎn)生影響的一系列參數(shù)，如目標(biāo)控制函數(shù)（以整體建筑結(jié)構(gòu)造價(jià)控制為代表），又或者約束控制參數(shù)（以整體建筑結(jié)構(gòu)的可靠度控制為代表）等。在實(shí)際選取過(guò)程中，應(yīng)對(duì)參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)木?jiǎn)，不對(duì)那些相關(guān)性較小的參數(shù)進(jìn)行研究，如此一來(lái)，能夠大幅降低模型的計(jì)算強(qiáng)度，同時(shí)有效減少編程的工作量；2）建立目標(biāo)函數(shù)。目標(biāo)函數(shù)主要包括兩大方面，一是建筑的整體效果，二是建筑的整體實(shí)用性。尋找一組有效參量。這組參量既要滿足建筑使用功能，又要符合既定的結(jié)構(gòu)截面尺寸以及鋼筋截面積。從而保證求得的目標(biāo)函數(shù)值達(dá)到最優(yōu)；3）定義約束條件。通常，建筑結(jié)構(gòu)的約束條件涉及諸多內(nèi)容，既包括建筑的可靠度約束、強(qiáng)度約束，又包括應(yīng)力變形約束，還包括裂縫寬度約束等。在具體設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，應(yīng)保證加入約束條件的考量之后，實(shí)際結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)滿足現(xiàn)行的設(shè)計(jì)規(guī)范，符合最優(yōu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)要求[5]。
3.2.2 優(yōu)化設(shè)計(jì)方案的選擇
通常情況下，有多種建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方案可供選擇。進(jìn)行選擇時(shí)，常常將基于可靠度的方案列為重點(diǎn)考慮對(duì)象。對(duì)該種方案進(jìn)行實(shí)際計(jì)算時(shí)，既要面對(duì)關(guān)系錯(cuò)綜復(fù)雜的多種變量，又要面對(duì)數(shù)量眾多的約束條件，再加上它們都屬于非線性問(wèn)題，所以，在計(jì)算過(guò)程中，通常先要將其轉(zhuǎn)化為無(wú)約束條件的線性問(wèn)題，然后求解。在上述一系列計(jì)算過(guò)程中，通常可以采用如下兩種優(yōu)化計(jì)算方法：1）拉普拉斯算子法；2）復(fù)合形法。在選取具體算法的過(guò)程中，一方面要考慮算法的精度，另一方面要考慮算法的計(jì)算速率，總之，要對(duì)算法進(jìn)行綜合而全面的考慮，從而選定一個(gè)最佳的算法。
3.2.3 具體的程序設(shè)計(jì)
當(dāng)確定具體的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方案之后，便會(huì)進(jìn)入到具體的程序設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，即編制一個(gè)功能完備、運(yùn)算速率良好、綜合效果優(yōu)異的計(jì)算程序。程序設(shè)計(jì)將會(huì)涉及諸多內(nèi)容，其中最為主要的包括兩大方面，一是工程指標(biāo)的選取，二是建筑的功能需要。由于編程涉及廣泛且內(nèi)容繁復(fù)，本文不對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)論述[6]。
3.2.4 結(jié)果分析
對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析是一個(gè)十分關(guān)鍵的過(guò)程，關(guān)系到整個(gè)設(shè)計(jì)優(yōu)化的成與敗，所以，在分析的過(guò)程中應(yīng)保證考慮的全面性，主要包括以下幾個(gè)方面：1）建筑結(jié)構(gòu)的成本；2）建筑結(jié)構(gòu)的實(shí)用性；3）建筑結(jié)構(gòu)的整體空間效果。建筑結(jié)構(gòu)是一項(xiàng)復(fù)雜而系統(tǒng)的工程，再加上耗資較大，所以，在設(shè)計(jì)優(yōu)化的過(guò)程中，應(yīng)站在整體的角度進(jìn)行分析，無(wú)論是片面追求資金的節(jié)省，還是片面追求建筑實(shí)用性的增加都是不對(duì)的。總而言之，就是協(xié)調(diào)好技術(shù)和經(jīng)濟(jì)之間的關(guān)系，尋求二者之間的平衡，進(jìn)而展開合理的優(yōu)化[7]。
4.結(jié)語(yǔ)
建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化是一個(gè)復(fù)雜而系統(tǒng)的過(guò)程，通常被歸入綜合決策的范疇。在實(shí)際優(yōu)化環(huán)節(jié)，既要考慮實(shí)用性和安全性，又要考慮經(jīng)濟(jì)性，還應(yīng)考慮整體效果，總之，要平衡各方面的關(guān)系。本文對(duì)建筑結(jié)構(gòu)空間利用率的優(yōu)化進(jìn)行了重點(diǎn)探討，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化的理念進(jìn)行了闡釋和延伸，希望能對(duì)類似工程建設(shè)提供一些借鑒和幫助。
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