結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計方法研究

【摘 要】城市現(xiàn)代化的發(fā)展帶動了城市建筑的發(fā)展。隨著城市建筑的增多，建筑結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出多樣化的發(fā)展趨勢。在現(xiàn)代建筑設(shè)計中，結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計能夠促進建筑結(jié)構(gòu)的發(fā)展，使得建筑結(jié)構(gòu)更具有穩(wěn)定性和安全性。結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計彌補了傳統(tǒng)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的不足，對建筑的發(fā)展具有積極的影響。本文就建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計方法進行了簡要的探究，僅供參考。

【關(guān)鍵詞】建筑結(jié)構(gòu)；優(yōu)化設(shè)計；方法

隨著建筑行業(yè)的發(fā)展，城市建筑逐漸增多，在城市建筑數(shù)量增多的同時，建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計逐漸被人們所重視。對建筑結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設(shè)計，可使得建筑結(jié)構(gòu)更加符合人們的具體要求，而且能夠彌補傳統(tǒng)建筑結(jié)構(gòu)中的不足，增加建筑的穩(wěn)定性，提高建筑結(jié)構(gòu)的質(zhì)量，從而使得建筑的使用性能更加的完善，保障建筑的整體質(zhì)量，從而為人們提供更加安全的建筑空間。

1.建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計概述

建筑結(jié)構(gòu)之所以要進行優(yōu)化設(shè)計，是為了能夠使得建筑更加具有安全性，滿足人們的使用要求。在建筑結(jié)構(gòu)中，優(yōu)化設(shè)計時一種設(shè)計方法，能夠?qū)ㄖ靸r、剛度和重量等進行優(yōu)化，使得建筑更加具有穩(wěn)定性和安全性。在對建筑結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設(shè)計時，要根據(jù)已有的設(shè)計方案，從中選出最佳的方案，從而對建筑結(jié)構(gòu)進行具體優(yōu)化。傳統(tǒng)建筑建設(shè)計中，主要采用的設(shè)計方法為：假設(shè)—分析—校核—重新設(shè)計。在傳統(tǒng)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方法中，主要根據(jù)建筑設(shè)計者以往的建筑經(jīng)驗來進行建筑方案的設(shè)計，這樣的設(shè)計方法具有一定的局限性，所設(shè)計的內(nèi)容不具有客觀性，與實際的施工需要具有較大的差距，無法滿足建筑的實際建設(shè)需求。而在現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計中，采用結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計方案，其設(shè)計方法主要為：假定—分析—搜素—最優(yōu)設(shè)計。在這一過程中，設(shè)計者們主要是根據(jù)建筑的具體施工情況進行方案的設(shè)計，對施工的各個環(huán)節(jié)進行假設(shè)研究，對有問題的施工環(huán)節(jié)進行優(yōu)化處理，使得設(shè)計方案達到最優(yōu)化，采用這種設(shè)計方法，能夠減小設(shè)計方案和實際施工之間的參數(shù)誤差，從而能夠更好的為建筑施工服務(wù)，提高建筑結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量。

結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計是一個綜合的優(yōu)化設(shè)計方法，其能夠?qū)ㄖ械母鱾€施工環(huán)節(jié)都做到充分的思考，從而保障建筑結(jié)構(gòu)施工的質(zhì)量。結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計所設(shè)計的方案有多個，根據(jù)具體的建筑施工特點來選擇最佳的施工方案，從而減少建筑的投資，保障建筑的施工質(zhì)量，從而使得建筑的經(jīng)濟價值和使用價值都得到極大的體現(xiàn)。

2.建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的意義

（1）在進行建筑的施工建設(shè)時，需要大筆的資金作支持，而在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，需要資金最多的部分為鋼筋、混凝土和砌體等建筑材料，一般這些建筑材料所耗費的資金占建筑總投資資金的1/2，這就使得建筑的建設(shè)資金變得十分緊張。而采用建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，則可以有效減少建筑的資金成本，在建筑材料上進行優(yōu)化，在保障建筑材料質(zhì)量的前提下，能夠使得建筑材料采購耗費的資金相應(yīng)的減少，從而是緩解了建筑資金投資的緊張狀況。而且采用建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計還能夠有效降低建筑的建設(shè)風險和投資風險，從而使得建筑能夠充分體現(xiàn)出其最大的經(jīng)濟價值。

（2）在建筑的施工過程中，最重要的環(huán)節(jié)就是進行建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方案的優(yōu)劣決定了建筑工程的整體質(zhì)量的高低。因此，在建筑工程施工中，要重視建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計。采用建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，能夠使得建筑的設(shè)計質(zhì)量得到明顯的提高，對建筑結(jié)構(gòu)中存在的施工質(zhì)量問題能夠進行有效的解決，從而降低建筑工程建設(shè)的風險，提高建筑施工的整體質(zhì)量。

（3）建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計能夠在一定程度上減少不必要費用的支出，從而能夠節(jié)省部分的建設(shè)成本，對于大規(guī)模建筑工程來說具有重要的影響作用。建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計能夠?qū)Y源進行整合，從而使得建筑的建設(shè)資源充分的得到利用，從而為建筑企業(yè)創(chuàng)造更大的經(jīng)濟利益，加強企業(yè)的市場競爭力。

3.建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計方法

建筑工程在施工之前通常要進行合理的施工方案設(shè)計，根據(jù)建筑工程的施工特點來進行施工設(shè)計方案的選擇，有助于明確建筑結(jié)構(gòu)的形式，對建筑結(jié)構(gòu)做到一定的了解。對常見的鋼筋混凝土住宅結(jié)構(gòu)體系進行優(yōu)化時，可以從結(jié)構(gòu)整體布局以及具體構(gòu)件兩個方面加以考慮。影響結(jié)構(gòu)整體布局的因素包括了建筑物的體型特征、柱網(wǎng)尺寸、層高以及抗側(cè)力構(gòu)件的位置等；具體構(gòu)件因素主要包括結(jié)構(gòu)的布置、構(gòu)件的截面、混凝土和鋼筋強度等級及配筋構(gòu)造等。綜合考慮兩方面的因素影響是必須的，為了實現(xiàn)這一目標，對工程師提出了更高的要求：需要結(jié)構(gòu)工程師對結(jié)構(gòu)和構(gòu)件受力特征有充分的把握，選用合理的受力模型并能根據(jù)構(gòu)件設(shè)計的合理經(jīng)驗和對規(guī)范的深刻理解，采用合理優(yōu)化方法進行有效設(shè)計。

3.1建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的優(yōu)化方法

（1）盡可能設(shè)置多道抗震防線，一個抗震結(jié)構(gòu)體系應(yīng)由若干個延性較好的分體系組成，并由延性較好的結(jié)構(gòu)構(gòu)件連接協(xié)同工作。由于強烈地震之后往往伴隨著多次余震，抗震結(jié)構(gòu)體系應(yīng)由最大可能數(shù)量的內(nèi)部、外部冗余度，有意識地建立一系列分布的屈服區(qū)，主要耗能構(gòu)件應(yīng)有較高的延性和適當?shù)膭偠?，以使結(jié)構(gòu)能吸收和耗散大量的地震能量，提高結(jié)構(gòu)的抗震性能，避免大震時倒塌。適當處理結(jié)構(gòu)構(gòu)件的強弱關(guān)系，同一樓層內(nèi)宜使主要耗能構(gòu)件屈服后，其他抗側(cè)力構(gòu)件仍處于彈性階段，使“有效屈服”保持較長時間，保證結(jié)構(gòu)的延性和抗倒塌能力。在抗震設(shè)計中某一部分結(jié)構(gòu)設(shè)計超強，可能造成結(jié)構(gòu)的其他部位相對薄弱，因此在設(shè)計中不合理的加強某一部分以及在施工中以大代小改變抗側(cè)力構(gòu)件配筋的做法都需要慎重考慮。

（2）建筑性能化設(shè)計應(yīng)根據(jù)實際需要和可能，有針對性地選擇整個結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)的局部部位或關(guān)鍵部位、重要構(gòu)件、次要構(gòu)件以及建筑構(gòu)件和機電設(shè)備支座作為性能優(yōu)化設(shè)計目標進行性能化設(shè)計的優(yōu)化。

3.2建筑結(jié)構(gòu)平面的優(yōu)化方法

建筑結(jié)構(gòu)平面的不規(guī)則會導致結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)問題，即結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中未能做到質(zhì)心、剛心和重心三心合一，在水平地震荷載的作用下結(jié)構(gòu)發(fā)生扭轉(zhuǎn)振動效應(yīng)。為盡量使作用在樓層上的水平荷載均勻分布，減輕結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)振動效應(yīng)，建筑平面應(yīng)盡可能采用簡單的平面形式，如方形、矩形、圓形或正多邊形等。當由于某些原因無法保證全部采用簡單的平面形式時，應(yīng)使建筑平面的不規(guī)則程度控制在規(guī)范允許的范圍內(nèi)。

3.3建筑結(jié)構(gòu)靜力分析方法的優(yōu)化方法

建筑結(jié)構(gòu)的分析方法有很多種，包括彈性靜力法、動力彈性分析法、靜力彈塑性分析法、動力彈塑性分析法等。一般來說，建筑結(jié)構(gòu)的變形和內(nèi)力可按彈性方法計算，框架梁及連梁等構(gòu)件可考慮塑性變形引起的內(nèi)力重分布。建筑結(jié)構(gòu)分析，一般情況下選用的是平面結(jié)構(gòu)空間協(xié)同、空間桿系、空間桿一薄壁桿系、空間桿一墻板元等計算模型進行整體計算。然而，設(shè)計中經(jīng)常將跨高比很小的轉(zhuǎn)換梁、墻體連梁等構(gòu)件模擬成了空間桿模型，這樣會導致計算結(jié)果的不合理，因此，對于一些不符合桿系特征的構(gòu)件在設(shè)計中采用有限元法來進行輔助分析。

4.結(jié)語

綜上所述，建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計對于建筑行業(yè)的發(fā)展具有重要的意義，其能夠有效整合建設(shè)資源，節(jié)省不必要的建設(shè)開支，對建筑結(jié)構(gòu)中的質(zhì)量隱患進行解決，降低建筑工程的投資風險和建設(shè)施工風險，有助于提高建筑結(jié)構(gòu)的整體質(zhì)量，增強建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性，從而為居民提供更為安全的建筑，通過對建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計方法的分析和研究，能夠使得建筑行業(yè)的發(fā)展更加的快捷，從而促進城市現(xiàn)代化的發(fā)展。

【參考文獻】

[1]孫國正.優(yōu)化設(shè)計及應(yīng)用[M].北京：人民交通出版社，2004.

[2]江歡成.優(yōu)化設(shè)計的探索和實踐[J].建筑結(jié)構(gòu)，2006，36（06）：1-24.

[3]羅福年，張慧英，楊軍.建筑結(jié)構(gòu)概念設(shè)計及案例[M].北京：清華大學出版社，2003.

[4]肖燕武.淺談建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的安全度[J].科技創(chuàng)新導報，2007，35：107.