試述優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的措施

韓士峰

試述優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的措施

韓士峰

在人們的生產(chǎn)生活中，建筑結(jié)構(gòu)性能的好壞和實用與否都是十分重要的，這對于社會的和諧和經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)定發(fā)展都會產(chǎn)生一定的影響。在我國的建筑事業(yè)取得較大進(jìn)步的今天，一些多功能的住宅都紛紛出現(xiàn)在我們的身邊，不僅極大的豐富了現(xiàn)有建筑的各種功能，在建筑的形態(tài)上也呈現(xiàn)出一種多元化發(fā)展的趨勢，這不僅體現(xiàn)出了我國的建筑人才的超高水平，同時豐富了人們對于建筑的了解。但是在實際的應(yīng)用中，建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和抗震性能均有待加強(qiáng)，因此，文章通過對于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化方法的運用進(jìn)行了簡單的講解。

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計；優(yōu)化方法；運用

建筑是人們對于藝術(shù)、建筑、文化、生活等各方面理解后的一種表現(xiàn)形式，不同風(fēng)格的建筑展示出的是不同的風(fēng)情和歷史，同時也是展示設(shè)計師的文化結(jié)構(gòu)的一個途徑。通過優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計，可以極大的增強(qiáng)建筑的各項性能，同時也是降低施工單位的成本的重要舉措，在不影響建筑性能的情況下，合理的進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計可以最大限度的發(fā)揮出建筑材料的利用價值，因此，合理的進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，選擇合適的優(yōu)化方法的選擇，對于實現(xiàn)建筑的各項性能來說都是非常重要的。

1　建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法的內(nèi)涵和特征

建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計優(yōu)化方法是全面考慮建筑方便的同時，把結(jié)構(gòu)設(shè)計方法和藝術(shù)學(xué)、審美學(xué)充分結(jié)合到一起，把房屋建設(shè)的目的和房屋功能全涵蓋的結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，再優(yōu)化選擇各種結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，挑選既適用又安全、美觀的建設(shè)方法，確保房屋建筑質(zhì)量、建設(shè)方便性及經(jīng)濟(jì)性。所以，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化方法有一些基本特征：美觀性較強(qiáng)；涉及很多學(xué)科，多學(xué)科的聯(lián)合性較廣；實用性很強(qiáng)；方便建設(shè)施工管理；既環(huán)保又節(jié)能；具有較強(qiáng)的科學(xué)性。建筑設(shè)計師在設(shè)計建筑結(jié)構(gòu)過程中，也要敢于創(chuàng)新，不斷提出新的優(yōu)化設(shè)計方法。

2　優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方法的重要意義

在設(shè)計房屋結(jié)構(gòu)中充分運用結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化技術(shù)不僅能夠提升建筑工程質(zhì)量，還能提升建筑企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。我國一直提倡可持續(xù)發(fā)展理念，爭取市場效益的最大化，這就要求建筑企業(yè)不僅要滿足房屋建筑結(jié)構(gòu)的長遠(yuǎn)效益，還要盡量減少建筑結(jié)構(gòu)短期投資。和以往傳統(tǒng)房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計比較，運用設(shè)計優(yōu)化方法能夠降低建筑工程建設(shè)成本，提高優(yōu)化方法技術(shù)，實現(xiàn)建筑企業(yè)充分利用建筑材料。伴隨我國高層房屋建筑越來越多，人們更加重視房屋建筑怎樣既滿足時代發(fā)展需求，又能減少建設(shè)投資的問題，而優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計是充分發(fā)揮機(jī)械設(shè)備和建材性能，對人們所關(guān)注的房屋建筑問題具有重要促進(jìn)作用。房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計如果得到優(yōu)化，房屋結(jié)構(gòu)各單元就能實現(xiàn)有機(jī)整合，進(jìn)而提高建筑質(zhì)量，確保人民安全居住環(huán)境。以往傳統(tǒng)建筑結(jié)構(gòu)十分注重安全質(zhì)量，建筑建設(shè)成本方面控制工作做的不到位，工程設(shè)計時期成本很高，結(jié)構(gòu)設(shè)計也常存有缺陷，外觀也不夠精美，這些都難以滿足現(xiàn)代人們對房屋的心理需求。設(shè)計房屋結(jié)構(gòu)過程中運用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化方法，既能把經(jīng)濟(jì)價值、審美價值、生態(tài)戒指及使用價值有效結(jié)合到一起，還能降低房屋建設(shè)成本，節(jié)省施工材料，確保房屋結(jié)構(gòu)安全，具有很高的藝術(shù)性，提高房屋建筑綜合效益。

3　建筑結(jié)構(gòu)運用結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)的步驟

3.1建立建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型

選擇設(shè)計變量過程中，要把對建筑結(jié)構(gòu)具有重要影響的主要參數(shù)看出變量，例如：約束控制參數(shù)和控制目標(biāo)參數(shù)。對變化范圍小、影響較小或局部有關(guān)要素可以滿足設(shè)計要求的參數(shù)，可以利用預(yù)定參數(shù)表示，進(jìn)而減少計算數(shù)量和設(shè)計數(shù)量，變成工作量減少，工作效率自然會有所提升。確定目標(biāo)函數(shù)十分重要，優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，需要運用滿足預(yù)定條件的已失效概率函數(shù)及對應(yīng)鋼筋截面面積，進(jìn)而降低建筑工程總的建設(shè)成本。有結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化來講，一定要保證結(jié)構(gòu)具有較高可靠度，確定優(yōu)化設(shè)計有關(guān)約束條件，約束條件主要含有結(jié)構(gòu)強(qiáng)度約束、構(gòu)件單元約束、裂縫寬度約束、應(yīng)力約束、尺寸約束等約束條件。設(shè)計房屋結(jié)構(gòu)過程中，一定有認(rèn)真比較和分析目標(biāo)約束條件和實際約束條件，保證每個條件均滿足要求，爭取獲得最佳設(shè)計。

3.2合理設(shè)定優(yōu)化設(shè)計方案及有關(guān)程序設(shè)計

按照可靠度所做的房屋結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計有著多約束條件問題且有很多復(fù)雜變量，分析計算過程中，通常要將有約束條件的優(yōu)化問題轉(zhuǎn)成沒有約束優(yōu)化問題求解。優(yōu)化設(shè)計常見的計算方法有復(fù)合形法、拉氏乘子法和Powell法。根據(jù)可靠度所進(jìn)行的房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化模型和實際設(shè)計過程中利用的計算方式，為更好地實現(xiàn)它們的效果，可以把這些變成具有較強(qiáng)功能且運算速度非常快的運用程序，進(jìn)而讓優(yōu)化設(shè)計方案得到全面實施。

3.3綜合結(jié)果的分析

計算結(jié)構(gòu)設(shè)計得出各種結(jié)果后要對這些結(jié)果進(jìn)行分析與比較，通過選取各種方法的優(yōu)缺點選擇效果最好的設(shè)計方案。分析計算結(jié)果時，一定要全面考慮有關(guān)問題，并多角度分析這些問題。結(jié)果分析在整個建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計里占有重要地位，選取科學(xué)的設(shè)計方案可以確保建筑安全性、美觀感和實用合理性，并降低整個結(jié)構(gòu)的建設(shè)施工成本。優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)過程中，需要注意重視有關(guān)建筑技術(shù)要求，全面考慮對建筑工程具有重要影響，分析過程中，必須全面考慮科學(xué)配置，進(jìn)而才能實現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)。

4　優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的措施

4.1建筑階段性優(yōu)化和壽命優(yōu)化

建筑工程使用年限期間內(nèi)，對各個階段都要做相應(yīng)優(yōu)化。設(shè)計人員必須清楚每個階段特征，按照實際計算分析結(jié)果確定優(yōu)化方式，進(jìn)而能夠科學(xué)優(yōu)化工程整體壽命。最終不僅確保建筑工程建設(shè)質(zhì)量，而且提高建筑施工企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。

4.2建筑局部性優(yōu)化和整體性優(yōu)化

建筑在設(shè)計方面均具有相應(yīng)復(fù)雜性與層次性特征。站在層次性角度看，含有建筑結(jié)構(gòu)有關(guān)體系、整體設(shè)計體系及安裝體系，每個單獨體系也都含有很多下屬體系。設(shè)計人員設(shè)計房屋過程中，要對應(yīng)優(yōu)化每個下屬系統(tǒng)，突破關(guān)聯(lián)橫向性。站在復(fù)雜性角度看，建筑復(fù)雜含有選取建筑施工材料和選取建筑物零部件。對每個建筑來說，都要從整體上開始優(yōu)化，才能實現(xiàn)真正的設(shè)計優(yōu)化。

4.3建筑上部結(jié)構(gòu)優(yōu)化

設(shè)計建筑上部結(jié)構(gòu)需要先構(gòu)建對應(yīng)模型再進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化?？茖W(xué)設(shè)計剪力墻工作非常重要，剪力墻的設(shè)置要注意確保剪力墻整體質(zhì)量均勻，才能使樓層平面剛度中心點和樓層整體結(jié)構(gòu)重心相重合，進(jìn)而減少風(fēng)力或地震給建筑帶來的破壞性作用。建設(shè)房屋建筑過程中，要盡量大開間構(gòu)造剪力墻，加長剪力墻墻肢的長度，進(jìn)而減少墻肢數(shù)量。

4.4結(jié)構(gòu)優(yōu)化和排水系統(tǒng)優(yōu)化、電氣優(yōu)化相協(xié)調(diào)

排水系統(tǒng)房間機(jī)械設(shè)備的荷載強(qiáng)度與荷載能力都很大，一定要把機(jī)械設(shè)備布置在地下室，并確保管道預(yù)留深度和尺寸能夠滿足規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求，加固樓板自身鉆孔位置。除此之外，注意水平方向管線有可能會貫穿梁或柱，盡量降低管線貫穿梁或柱現(xiàn)象出現(xiàn)的概率。建筑里的電氣管線安裝通常是利用導(dǎo)線形式裝于樓板、墻體或金屬管體外部，這種安裝方法會增加預(yù)制結(jié)構(gòu)施工難度，因此，若要把管線穿過梁體，需要在梁體預(yù)留孔洞，并確保墻體寬度和梁體寬度相同。

5　結(jié)語

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中占有重要地位，合理選擇結(jié)構(gòu)設(shè)計方案既能滿足有關(guān)技術(shù)要求，還能節(jié)約建設(shè)成本。建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計優(yōu)化是一個綜合性很強(qiáng)且十分復(fù)雜的系統(tǒng)性問題，設(shè)計人員一定要不斷深入研究結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法，不斷提高自身水平，敢于創(chuàng)新，為人民居住提供安全保障。

［1］ 佟月強(qiáng)，郝明. 試論結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化技術(shù)及在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用 ［J］. 科技與企業(yè)，2012（8）.

［2］ 孫有果. 結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化技術(shù)在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中的具體應(yīng)用探討 ［J］. 科技致富向?qū)В?011（26）.

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