房屋結構設計中建筑結構設計優(yōu)化方法的應用

胡江

（江西省建筑設計研究總院）

房屋結構設計中建筑結構設計優(yōu)化方法的應用

胡江

（江西省建筑設計研究總院）

隨著我國社會經濟的快速發(fā)展，加快了城市建設的步伐，而房屋建筑結構設計的質量，將直接影響整體建筑物的功能。所以，結構設計人員首先要注重理念的更新，不斷創(chuàng)新跟優(yōu)化出建筑結構設計方法，主要以符合人們對居住、審美等等方面的要求。本文筆者結合多年工作經驗，主要針對房屋結構設計中建筑結構設計優(yōu)化方法進行了闡述，供同行參考。

房屋建筑；結構設計；優(yōu)化方法

引言

近年來，隨著人們生活水平的不斷提高，人們對居住的條件和環(huán)境都提出了新的要求。在建筑物整體設計過程中，是設計師進行結構設計和外形設計的結合。而房屋結構策劃之中運用建筑結構設計改善技術，不但使建筑物的美學價值得以實現(xiàn)、更提升了建筑物的實用性和經濟性，大大減少了建筑所需要的資金投入，有效的促進了建筑物施工周邊的生態(tài)環(huán)境的和諧發(fā)展。所以，合理使用此種結構設計技術，可提升房屋建筑的整體效益與功能。建筑開發(fā)商最終的目的在于：確保房屋使用壽命與性能，盡可能的減少建筑過程中所需要的資金的投入，有效的對原材料實施節(jié)約，最終達到獲取更大利益的目的。戶主的要求就是要一個房屋結構穩(wěn)定、抗用、外觀漂亮以滿足自己的需求，綜合考慮業(yè)主的需求，這樣建設公司才會取得經濟利益。

1　房屋建筑結構優(yōu)化設計的基本理論

1.1基本概念

建筑結構的優(yōu)化設計就是研究工程在一定的限制下按仍按預定的目標（如可塑性、剛性、耐久性、耐火性、造價最小、重量最輕等）找出的最好的設計。

1.2基本方法

主要有兩類方法：

1.2.1準則法

房屋結構在許多個獨立的荷載的作用下，使每一桿件最少在一個獨立的荷載系下使其應力在容許值范圍內，達到重量最輕的目標。這就是滿應力設計的準則。它是將各個桿截面的尺寸作為了設計的變量，對結構進行分析，得出各個桿最大的內力，然后用強度的條件建立一個滿應力的約束方程，由此求出各設計的變量。實際優(yōu)化時，經常是以比例滿應力法為主。其它還有頻率、位移、能量約束和臨界力的準則法。

1.2.2數學規(guī)劃法

主要有非線性規(guī)劃、線性規(guī)劃、幾何規(guī)劃、動態(tài)規(guī)劃等。數學規(guī)劃問題的常用提法有：

求設計變量xk（k=1，2，…，n）

使目標函數W（x）極小

滿足約束hj（x）≤0（j=1，2，…，m）當約束條件和目標函數都是設計變量的線性函數時，稱為線性規(guī)劃；當其中之一是設計變量的非線性函數時，則稱為非線性規(guī)劃。

單純形法是線性規(guī)劃問題的基本解法。在約束界面上該法由其中一個頂點搜索到另外一個頂點，直到找到最合理的解為止。

非線性的規(guī)劃一般分成兩種算法：①轉化法：先把非線性規(guī)劃由約束變?yōu)闊o約束狀態(tài)，之后才用無約束的優(yōu)化算法來求解，叫做序列無約束優(yōu)化算法，比如說罰函數法……②直接法：在優(yōu)化時直接與約束聯(lián)系。而在設計空間可行域中任意選一個點出發(fā)則是它的重點，尋找可行點合適步長和正確的方向，從上一個一直到下面一個點，步步檢查，逐步地走向其最優(yōu)點。而其遵守的原則為：在沒違背約束的情況下，使目標函數得到改善。走法有最速下降法、不求梯度的復形法等。

受約束的非線性規(guī)劃還可以用將原本的非線性規(guī)劃分解成一系列較為簡單的受約束的數學規(guī)劃的方法求解。比如序列線性規(guī)劃、二次規(guī)劃、近似規(guī)劃法等。

2　房屋建筑結構優(yōu)化設計方法

在對建筑物進行結構設計時，設計師要對建筑物的用料，以及一些施工數據等因素進行綜合考慮，要在保證建筑物質量的前提下，進行最小成本的投入，最環(huán)保的方式施工，建設出最為科學安全的房屋建筑。在進行建筑物機構設計的時候，要對結構設計進行優(yōu)化，不僅要滿足客戶安全舒適的居住環(huán)境，還要保證企業(yè)的經濟效益；另外還要不斷的進行外形的美觀設計，不斷的完善優(yōu)化結構設計。

結構的優(yōu)化設計主要體現(xiàn)在兩方面：①對整個建筑工程結構的優(yōu)化設計；②對單個房屋建筑的結構設計，不僅要對房屋的整體結構進行優(yōu)化設計，還要對房屋的內部結構以及一些細節(jié)上的結構進行科學合理的設計，設計前要考慮到成本造價，布局以及各個部分的結構安排等因素。

對建筑物的結構進行優(yōu)化有很大的收效，不僅可以降低成本的投入，而且利用了有限的空間和充分的使用建筑材料。保證了建筑物的安全，使得各個單元科學合理的結合到一起，是現(xiàn)代建筑業(yè)最為經濟、科學、安全、實效的技術手段。

3　房屋建筑結構優(yōu)化設計的實施

在對房屋建筑進行結構優(yōu)化技術時，要科學合理的遵循結構設計的規(guī)范。建筑領域對于結構設計，國家是有相應的法律條文規(guī)范的，所以建筑業(yè)的結構設計師，要在法律的前提下進行建筑物的結構設計。國家對建筑行業(yè)的要求是非常高的，建筑物的質量以及實效性是非常重要的，所以這就要求建筑行業(yè)設計師的專業(yè)水平過硬，要有相關的實踐設計經驗并且要有成功的設計案例。在對建筑物進行結構設計時，要考慮全面，要保證設計出的結構安全以及質量過關。我國的法律現(xiàn)狀對于房屋結構的設計覆蓋不夠全面，有大框的法律條文，但是對建筑工程覆蓋面小，對一些細節(jié)上的東西沒有相關的規(guī)定，有些條文規(guī)定，已經不能符合現(xiàn)有的工程建筑，所以這樣使得很多人鉆法律的空子。雖然有些地方法律條文沒有硬性的規(guī)定，但是工程建筑行業(yè)要規(guī)定出自己的規(guī)范制度，提高對設計師的要求，提高設計師的綜合行業(yè)素質。設計師本身要提高自己的法律意識，要對工程的質量負責，在對建筑物進行結構設計前，要進行多方面的勘測與調查，對房屋的相關資料和信息加以掌握，并進行統(tǒng)計分析，得出準確可靠的數據，再經過與各個部門的溝通與審查，最后結合多方面的意見，慎重的篩選出相應內容，最后進行結構設計優(yōu)化方案。

建筑工程中的結構設計不是一個單獨的工作，是一個系統(tǒng)性的工作，這就需要在結構設計時，要與各個先關部門進行協(xié)調與配合。建筑工程是由建筑施工，結構設計和施工設備三大關鍵點組成的，缺一不可，所以無論是哪一個部門進行工作時，都不是獨立的，都要做到與其他部門進行溝通合作，只有良好的溝通與協(xié)作，才能使各個部門完美的結合到一起，把整個工程建設結合到一起，達到建設的完善。在工程建筑中，要有效的將建筑設計與結構設計結合到一起，只有兩者進行結合，才能在保證建筑物結構美觀的基礎上，各個部分受力均勻，保證建筑物的安全質量。兩者在設計上進行溝通合作，還可以在最大程度上降低施工成本的投入，合理的利用有限的空間，合理的利用建筑材料。建筑設計與結構設計溝通合作，可以減少施工中出現(xiàn)結構設計無法實踐的問題，提高施工的進程，避免不必要的麻煩?，F(xiàn)在很多設計師，不與各個部門合作，在設計時只顧自己設計的新穎與獨特，不考慮施工中的難度，并且現(xiàn)有的施工設備根本就完成不了設計師的設計要求；還有一些設計師，不考慮安全性能，只考慮建筑結構的美觀。各個專業(yè)與部門的合作可以在很大程度上減少這些事情的發(fā)生。

4　房屋建筑結構優(yōu)化設計技術的應用

在對房屋進行設計時，都是將房屋結構的優(yōu)化設計技術與建筑設計結合到一起的，建筑設計前，都是要先考慮房屋結構設計的，都是從房屋的布局進行的，然后根據不同結構的受力進行有針對性的荷載分析，算出相應的數據，設計出施工中對材料的要求。有些數據的分析，電腦是無法完成的，需要工作人員進行反復的分析才能得出，所以在對數據進行分析的時候，工作人員要根據結構設計進行分析整理，并且積極與設計師溝通，對每一個結構的數據進行分析整理，并且記錄在案，這樣可以作為以后設計以及突發(fā)事件的依據。

結構設計的優(yōu)化處理還可以滿足建筑物的抗震需要。結構設計的優(yōu)化已經不單單只是提高經濟效益和美化建筑了，在建筑的防震方面也起著很大的作用。大自然給人類帶來的突發(fā)事件是不可預料的，建筑物屹立在大地上，承受著各種各樣的環(huán)境干擾，但是房屋的建筑結構設計，在這一點上保護建筑物的安全問題，即使受到不同的環(huán)境影響，建筑物的結構設計可以將建筑物受到的損壞降低到最小，最大程度上保護人們的安全與財產。很多事故地震的發(fā)生是預測不到的，所以在對房屋建筑的時候，都會采用防震的措施，而這防震的措施基本都表現(xiàn)在房屋結構的優(yōu)化設計上，在結構設計的材料選擇上，選擇一些高科技的抗震材料，提高建筑物的抗震能力。

5　結束語

總之，房屋結構優(yōu)化設計在生活中應用的越來越多，結構優(yōu)化設計不是一個單獨的工作，是需要各個部門進行合作的，設計人員要積極與各個部門進行合作，并參與到施工建設中，不斷的完善結構的設計，讓結構設計與實際的施工共同進步。房屋的結構設計影響著整個房屋的質量問題，所以設計人員要負起相應的責任，遵循法律的規(guī)章制度，在保證安全的基礎上，設計出投資最小，最為環(huán)保、實際的結構設計圖。在實際生活中，保障人們的人身與財產的安全，提供最優(yōu)質的生活環(huán)境。

[1]蔣啟平.工程結構優(yōu)化設計的新方法[J].工業(yè)建筑，2008.

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[3]張維斌.多層及高層鋼筋混凝土結構設計釋疑及工程實例[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2005.

TU318

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2015-5-6