結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)及其在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

【摘要】本文主要是針對了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)及其在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用進(jìn)行了相應(yīng)的分析，進(jìn)而在這個(gè)基礎(chǔ)上提出了下文中的內(nèi)容，希望能夠給與同行業(yè)工作的人員提供出一定價(jià)值的參考。

【關(guān)鍵詞】結(jié)構(gòu)優(yōu)化；技術(shù)；建筑結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)；應(yīng)用；分析

1、導(dǎo)言

當(dāng)今在我們生活水平全面提高的同時(shí)，人們對于建筑的要求不僅僅只是停留在了基本的需求方面，同時(shí)也對其美觀以及質(zhì)量越來越關(guān)注。在對建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的過程中，通過對其各方面的問題進(jìn)行重視，從而使其能夠?qū)崿F(xiàn)建筑物的最大經(jīng)濟(jì)效益。

2、優(yōu)化設(shè)計(jì)作用在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)用

2.1 與地面關(guān)系

由于人口的不斷增加，用地問題開始日益緊張，人們在進(jìn)行建筑時(shí)就會(huì)探索如何節(jié)約用地，并且還能夠在一定程度上對住房需求得到滿足。隨著高層建筑的日益增多，必須保證建筑物相互之間具有足夠的距離，使地面對建筑物具有足夠的嵌固以保證建筑物的穩(wěn)定性，同時(shí)樓層采光必將成為建筑設(shè)計(jì)必須重視的重要環(huán)節(jié)。為確保建筑的采光功能良好，則必須選擇適當(dāng)?shù)臉情g距，因而在樓間距與建筑層數(shù)間，必然存在著直接的聯(lián)系，即建筑物層數(shù)越多，則建筑物之間的間距要求越大，從而導(dǎo)致所需的附屬面積也就越大，即公攤成本越高。因而，需要通過建筑優(yōu)化技術(shù)，找出用地面積與建筑結(jié)構(gòu)層數(shù)之間的最經(jīng)濟(jì)的平衡點(diǎn)，以實(shí)現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的最佳經(jīng)濟(jì)性。

2.2 與建筑物層數(shù)關(guān)系

針對建筑物而言，與建筑結(jié)構(gòu)層數(shù)具有密切經(jīng)濟(jì)關(guān)聯(lián)的結(jié)構(gòu)部分，主要是公共性的結(jié)構(gòu)部分。比如建筑屋面與結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)部分。對于建筑屋面而言，建筑物的層數(shù)越多，則相當(dāng)于縮減了屋面所分?jǐn)偟拿娣e，從而降低了建筑的分?jǐn)偝杀?；而對于地基基礎(chǔ)而言，其主要作用就是承受建筑應(yīng)力，同時(shí)對建筑物的穩(wěn)定性提供保證，進(jìn)而能夠保證建筑的安全性。但隨著建筑結(jié)構(gòu)的層數(shù)不斷增多，地基所承受的應(yīng)力也就會(huì)越來越大，因而對結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的剛度及強(qiáng)度的要求也就越高，從而直接導(dǎo)致基礎(chǔ)建設(shè)成本的增加。因此就基礎(chǔ)而言，分?jǐn)偟矫恳粚拥某杀臼请S著建筑結(jié)構(gòu)層數(shù)的增加而不斷增加的。因而，從結(jié)構(gòu)屋面與結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)這兩個(gè)極具代表性的結(jié)構(gòu)部分來說，建筑結(jié)構(gòu)層數(shù)的增加，對建筑的經(jīng)濟(jì)性，既有正面影響又有負(fù)面影響，在進(jìn)行建筑設(shè)計(jì)的時(shí)候，肯定存在這樣的一個(gè)平衡點(diǎn)，為樓層建筑成本最低點(diǎn)，因此，必須要通過采用建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)措施，在建筑施工實(shí)施前，對這一技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)進(jìn)行充分的權(quán)衡，以達(dá)到用最小成本，實(shí)現(xiàn)建筑經(jīng)濟(jì)效益的最大化。

2.3 優(yōu)化技術(shù)存在的經(jīng)濟(jì)性及實(shí)用性

在對建筑工程進(jìn)行施工的時(shí)候，對于普通建筑施工相對來說已經(jīng)比較成熟，而對于較高的建筑物，在進(jìn)行施工的過程中，由于一些不確定因素的影響，就會(huì)導(dǎo)致材料價(jià)格具有極大的波動(dòng)區(qū)間，一般情況下，建筑在預(yù)算過程中的成本是比較大的。建筑相關(guān)方案在設(shè)計(jì)完成后，財(cái)務(wù)部門結(jié)合設(shè)計(jì)方案對成本進(jìn)行有效預(yù)算。部分設(shè)計(jì)人員為了能夠節(jié)省成本，就會(huì)對建筑物施工過程中的質(zhì)量予以忽視，這種方式是完全錯(cuò)誤的。設(shè)計(jì)人員應(yīng)該在建筑結(jié)構(gòu)施工的過程中對優(yōu)化技術(shù)進(jìn)行充分的運(yùn)用，在對建筑預(yù)期質(zhì)量進(jìn)行保證的前提下對資金進(jìn)行充分的利用，最大程度的使用最少成本，提高建筑本身的經(jīng)濟(jì)性與實(shí)用性。例如。對于供水系統(tǒng)，供暖系統(tǒng)，供電系統(tǒng)等等，通過建筑優(yōu)化設(shè)計(jì)，就可以使建筑中的各種管網(wǎng)有序排列，不會(huì)出現(xiàn)管網(wǎng)交織的情況，最大程度地減少施工及日后使用的不便，彰顯優(yōu)化功能的實(shí)用性，從而提高建筑結(jié)構(gòu)功能的經(jīng)濟(jì)性。

3、建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的問題分析

3.1 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中的問題分析

通過對建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，能夠?qū)⑵浣ㄖ陌踩砸约懊烙^性等方面進(jìn)行綜合的考慮，同時(shí)能夠更好的使其達(dá)到設(shè)計(jì)的最佳效果。在對整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，必須要對其結(jié)構(gòu)做出全面的分析，通過采用優(yōu)化的技術(shù)措施對其設(shè)計(jì)過程中所存在著的問題進(jìn)行改進(jìn)。其次便是要將建筑結(jié)構(gòu)當(dāng)中的每一個(gè)部位進(jìn)行優(yōu)化分析，同時(shí)針對每一部位的特點(diǎn)進(jìn)行改進(jìn)。最后則是要對建筑當(dāng)中的各個(gè)部位進(jìn)行細(xì)分，同時(shí)對細(xì)部的結(jié)構(gòu)以及主體結(jié)構(gòu)之間做出優(yōu)化分析，從而保證建筑物的每一個(gè)構(gòu)件都能夠得到優(yōu)化。

3.2建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖紙過于簡單化

一套相對來說比較完善合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖紙，需要將建筑設(shè)計(jì)過程中的每一個(gè)細(xì)節(jié)問題進(jìn)行有效體現(xiàn)。例如：建筑墻體材料以及結(jié)構(gòu)抗震過程中的等級、構(gòu)造要求、一些細(xì)部節(jié)點(diǎn)等等。但是現(xiàn)階段建筑結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)中，還存在相對來說比較多的不規(guī)范地方。例如：設(shè)計(jì)圖紙中結(jié)構(gòu)標(biāo)高以及粱柱標(biāo)號(hào)等比較重要的信息未能明確標(biāo)出，結(jié)構(gòu)抗震構(gòu)造措施等級未明確標(biāo)注，詳圖的表示不明確，與水暖電專業(yè)相關(guān)的預(yù)留孔洞未能及時(shí)提供等等現(xiàn)象，在一定程度上導(dǎo)致施工現(xiàn)場中的作業(yè)出現(xiàn)混亂，不僅對施工進(jìn)度帶來影響，同時(shí)也影響項(xiàng)目質(zhì)量。

3.3對低含鋼量過分注重

從事建筑施工的企業(yè)相對來說比較多，一些建筑商為了能夠謀取自身利益，通常情況下會(huì)采用對成本進(jìn)行降低的方式來提高效益。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中大做文章，一味的追求建筑結(jié)構(gòu)的低含鋼量，這明顯降低結(jié)構(gòu)本身的安全性，結(jié)構(gòu)過于經(jīng)濟(jì)，勢必減少其安全儲(chǔ)備，這與靈活多變的市場需求也相違背，如遇市場銷售需要改動(dòng)墻體布局或房間使用功能，或是改變裝修標(biāo)準(zhǔn)等，因過分追求低含鋼量，勢必需要進(jìn)行局部的加固處理，則后期投入的人力物力，必然遠(yuǎn)大于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所節(jié)省的鋼筋，造成不必要的浪費(fèi)，反而得不償失。因此，適當(dāng)?shù)乜刂平ㄖ杀?，合理的控制結(jié)構(gòu)的含鋼量，才能最終實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)單位與建設(shè)單位的雙贏。

4、建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)分析

4.1 結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)模型優(yōu)化分析

針對數(shù)學(xué)知識(shí)來說，主要是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的基礎(chǔ)所在，在對其進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，最好是能夠根據(jù)實(shí)際的情況來建立起相關(guān)的數(shù)學(xué)模型，通過采用科學(xué)以及合理的方法來對其建筑結(jié)構(gòu)的總體設(shè)計(jì)做出優(yōu)化，所以，針對結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)模型優(yōu)化來說，主要是具有以下方面的步驟：第一是要對設(shè)計(jì)變量進(jìn)行合理的選擇；第二是要對目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行確定；第三是要對約束條件進(jìn)行確定。

4.2 結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)優(yōu)化方案分析

針對結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方案優(yōu)化來說，其主要是屬于非線性的問題，所涉及到的約束條件也相對來說比較多。在對建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的過程中，主要是可以采用無約束的條件來替代有余數(shù)的條件來進(jìn)行計(jì)算，具體的方法主要是由拉氏乘子法以及符合型法等。在對所設(shè)定完成的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，必須要編制出相應(yīng)的運(yùn)算程序，進(jìn)而能夠獲得結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的最佳方案。

4.3 概念設(shè)計(jì)的優(yōu)化技術(shù)應(yīng)用分析

在對優(yōu)化技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用的過程中，并不能夠完全的對計(jì)算機(jī)產(chǎn)生依賴，應(yīng)該主要是把計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)和人工設(shè)計(jì)進(jìn)行相互的結(jié)合，使其能夠充分的發(fā)揮出概念設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)的整體應(yīng)用效果。在對建筑的各種材料進(jìn)行優(yōu)化選擇的過程中，必須要對其各類材料的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)進(jìn)行充分的考慮，根據(jù)人工的方式來進(jìn)行篩選。而針對結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的參數(shù)來說，設(shè)計(jì)人員也需要根據(jù)設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行優(yōu)化。從多方面來綜合分析和判斷整體計(jì)算分析的結(jié)果，如周期比，位移比，剛度比等，對結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行反復(fù)優(yōu)化。即通過對計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行靈活的應(yīng)用，將設(shè)計(jì)人員的多年的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)及許多結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)與計(jì)算結(jié)果相結(jié)合，對所計(jì)算出來的結(jié)果進(jìn)行綜合全面的分析，最終使其設(shè)計(jì)的結(jié)果能夠滿足工程實(shí)際的需要。

4.4 針對具體的優(yōu)化技術(shù)應(yīng)用分析

針對安全性的要求來說，應(yīng)該是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的最為基本要求，只有在能夠保證安全性的情況下才能夠保證建筑物其他使用功能的可能性。通過應(yīng)用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的優(yōu)化技術(shù)，能夠在最大程度上減少成本的支出，同時(shí)也能夠?qū)ㄖこ痰母鞣矫嫘阅苓M(jìn)行提高。通過對建筑物的安全性的有效提高，能夠使其建筑的使用年限增加，同時(shí)也不會(huì)危害到人們的生命財(cái)產(chǎn)安全。所以，通過對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，利用優(yōu)化的技術(shù)對其建筑的性能進(jìn)行提高。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中最好將建筑物設(shè)計(jì)成對稱的形狀來增加建筑物的穩(wěn)定性，增加建筑物的延性，減少建筑物的危險(xiǎn)截面，全面的提高建筑物的抗震性能。雖然遇到高強(qiáng)度的地震時(shí)，建筑物的損失會(huì)很大，但是可以通過采用多層設(shè)防的措施減少建筑物的損害程度，真正做到：小震不壞，中震可修，大震不倒。

結(jié)論：

針對建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來說，必須要對其進(jìn)行優(yōu)化技術(shù)的應(yīng)用，不論是在經(jīng)濟(jì)效益方面還是在滿足用戶需求方面都具有十分重要的意義，所以針對結(jié)構(gòu)來說，必須要全面的提高優(yōu)化技術(shù)的應(yīng)用，在實(shí)際工作當(dāng)中對其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員的優(yōu)化技術(shù)能力進(jìn)行不斷提高，使其充分的保證結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的整體質(zhì)量，同時(shí)也能夠促進(jìn)其企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益水平得到更好的提高。

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