淺談結構優(yōu)化設計技術與其在房屋結構設計中的應用

龍遠盈 喬瑩

摘 要：由于經(jīng)濟高速發(fā)展，此時群眾的生活水平不斷的提升，而且因為價格的不穩(wěn)定性，使得建筑的費用不斷的增加。通過結構設計優(yōu)化的措施開展設計工作，就成為了目前確保資源得以有序使用的一個關鍵的方法。文章重點的分析了了這項設計科技和它的具體應用等內(nèi)容。

關鍵詞：結構設計優(yōu)化設計技術；房屋結構設計；應用

1 關于結構設計優(yōu)化措施的簡介

任何優(yōu)秀的建筑，都是其外形美和內(nèi)在優(yōu)秀設計的完美配合。在開展結構設計的時候，非常關注它的實用性，以及穩(wěn)定性，而且要確保其外形優(yōu)美，方便建設，節(jié)省資金。但是優(yōu)化設計措施無法實現(xiàn)這些規(guī)定，不能夠確保其具有外在美，不能確保其穩(wěn)定性合理，無法使其成為真正的經(jīng)適房。從建筑上分析結構設計優(yōu)化方法，它主要體現(xiàn)在房屋工程分部結構的優(yōu)化設計和房屋工程結構總體的優(yōu)化設計量方面。

房屋工程分部結構優(yōu)化設計包括：基礎結構方案的優(yōu)化設計、屋蓋系統(tǒng)方案的優(yōu)化設計、圍護結構方案的優(yōu)化設計和結構細部設計的優(yōu)化設計。對以上幾個方面的優(yōu)化設計還包括選型、布置、受力分析、造價分析等內(nèi)容，在具體落實的時候，還要切實的憑借實事求是的思想來分析，要分析項目的具體狀態(tài)，結合項目的綜合利潤目的來開展設計工作。在開展結構設計活動的時候，要在確保合乎設計思想的前提下，最好是確保布局規(guī)整，縮小剛度和質(zhì)量中心的差異，此時橫向力就不會導致建筑產(chǎn)生非常高的扭轉性了。對于豎向不應使用轉換層，此舉能夠降低應力聚集現(xiàn)象的出現(xiàn)幾率。

（1）結構優(yōu)化設計模型

所謂的優(yōu)化設計，具體的說是在多種影響要素中，合理的選取關鍵的要素，而且設置模型，使用優(yōu)秀的措施獲取最佳的意義。其具體的程序有以下的幾點。第一，認真的選取其變量內(nèi)容。通常的設計變量選擇對設計要求影響較大的參數(shù)，將所涉及的參數(shù)按照各自的重要性區(qū)分，將對變化影響不大的參數(shù)定為預定參數(shù)，通過這種方法可減少很多計算編程的工作量。第二、目標函數(shù)的確定。使用函數(shù)找出滿足既定條件的最優(yōu)解。最后，約束條件的確定。房屋結構可靠度優(yōu)化設計的約束條件，包括了應力約束、裂縫寬度約束、結構強度約束、尺寸約束、從正常時的極限狀態(tài)下彈性約束到終極狀態(tài)的彈塑性約束、從可靠指標約束到確定性約束條件等。設計中，要保證各約束條件必須符合現(xiàn)行規(guī)范的要求。

（2）結構優(yōu)化計算方案

結構設計優(yōu)化設計多個變量、多個約束條件，屬于一個非線性的優(yōu)化問題，設定計算方案時，常將有約束條件轉變?yōu)闊o約束條件來計算。常用的方法有拉氏乘子法、符合型法、Powell等。完成計算方案的設定后只需編制相應適用的運算程序即可得到我們的最終優(yōu)化結果。

2 關于技術的具體運用

將該項措施用到具體活動中，是當今時期非常廣泛的研究內(nèi)容，使用這種措施，在不影響它使用特點的背景中，發(fā)揮出減少項目成本的意義。它用到項目的總設計以及之前的分析和舊樓改造等等的區(qū)域之中，具有非常顯著的意義。當按照此類措施和模型開展工作的時候，要切實的關注如下的內(nèi)容。

2.1 在優(yōu)化設計之前的時候，要確保前期參加

由于之前的規(guī)劃的明確會對項目的總的資金產(chǎn)生一定的影響，目前的常見問題是之前的規(guī)劃時期的設計不參加，在開展設計工作的時候，忽略結構是否合理的內(nèi)容，忽略它的可行性等內(nèi)容，不過其結果會對設計帶來很大的干擾。一些規(guī)劃會使得設計變得非常的難以進行，而且導致它的成本變多。假如在剛開始設計的時候，就將其參與到其中，此時就可以結合各個種類，選取優(yōu)秀的形式，積極的進行設計工作，得到一個有序的開始。

2.2 概念設計結合細部結構設計優(yōu)化

概念設計應用于沒有具體數(shù)值量化的情況，例如地震設防烈度，由于它不明確，所以其公式肯定和具體情況之間有很大的差別，在開展設計的時候，就應該使用概念措施，將數(shù)據(jù)當成是參考信息。在設計的時候，工作者應該合理的使用合理的優(yōu)化措施，獲取最好的意義。

和大層次的把握對應的是，在設計的時候，要關注細節(jié)的內(nèi)容，比如現(xiàn)澆板中的異形板拐角處易出現(xiàn)裂縫，可劃分為矩形板。要合理的選取鋼筋，I級鋼和冷軋帶肋鋼市場價格差不多，不過其極限的抗拉性有很大的差距，因此在合乎塑性規(guī)定的前提下，現(xiàn)澆板的受力鋼筋就可選擇冷軋帶肋鋼筋。在做里面設計的時候，外立面上的懸挑板及配筋，合乎基礎的規(guī)定就可以，進而可以確保其不僅穩(wěn)定而且可以節(jié)約資金。

2.3 下部地基基礎結構設計優(yōu)化

地基基礎的結構設計優(yōu)化首先要選擇合適的方案，如果為樁基礎，那么要根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)條件選擇樁基類型，最好是節(jié)省資金。樁端持力層對灌注樁樁長的選擇影響很大，要認真的比對來獲取最佳的設計。

3 其具有的現(xiàn)實特征

3.1 能夠減少費用

在開展該項設計的時候，拿多層和高層的比對來看，當層數(shù)非常高的時候，總的規(guī)模就變大了，而單位建筑的土地規(guī)模就會變小，節(jié)省了土地，不過建筑卻擁有了很多的層數(shù)，它的總高度也就增加了，樓和樓的間距就要擴張，這時占用的土地節(jié)約量就不與建筑層數(shù)增加比例相同了。除此之外，像是屋蓋，任何的建筑中其都是單獨的，不會由于層變多了它發(fā)生變化，其費用的減少非常的顯著。對于基礎來說，不是說所有的層都用的，不過由于層多了，此時附加給它的力就會變多，要想擴大地基，此時單位規(guī)模的成本就會下降，不過不想屋蓋一樣的顯著罷了。

3.2 能夠提升經(jīng)濟性

層數(shù)變多，因為墻體和柱體的規(guī)模都增大了。此時構造的自重就會變大了，柱和基礎等的受力也就變大了，此時電氣等的線路就增加了。相對的，如果層高減少了，能夠節(jié)約物料，對于抗震來講，益處非常多，而且其總的高度變矮，相鄰建筑的光照間距就變窄，此時就節(jié)省了土地。當建筑的規(guī)模是一樣的，他使用不一樣的形狀的話，其外墻的長度也就不一樣了，這樣當選擇圓形或是越接近于方形時，外墻周長系數(shù)就越小，基礎、外墻砌體、內(nèi)外表面裝修都隨之減少，同時其受力性能也得到提高，增強了建筑的經(jīng)濟性能。

和以往的設計比對來看，采用結構設計優(yōu)化方法可以使建筑工程造價降低6%-34%。優(yōu)化方法的技術性實現(xiàn)，可以最合理的利用材料性能，使建筑結構內(nèi)部各單元得到最好的協(xié)調(diào)，不但能夠確保建筑非常的美觀，而且有實用性，同時還能夠節(jié)省資金，確保其合乎工程設計對適用、安全、經(jīng)濟、美觀和便于施工的一般要求。通過使用優(yōu)化設計手段，達到這5個方面的最佳結合，符合現(xiàn)今建筑商對于建筑結構的效益的需求，也符合市場可持續(xù)發(fā)展的需求。

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