建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法及應(yīng)用解析

趙剛

【摘 要】日前，隨著我國(guó)社會(huì)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的日益完善，城市化建設(shè)也十分完善，因此建筑物的經(jīng)濟(jì)性能受到越來越多人的重視。為了強(qiáng)化建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化效果，本文通過闡述現(xiàn)今建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)現(xiàn)狀，探討了如何加強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法的應(yīng)用，為今后建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化起著參考作用。

【關(guān)鍵詞】建筑；鋼結(jié)構(gòu)；安裝

引言

我國(guó)城市化建設(shè)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)性和功能性的要求越來越高。盡可能使用最少的材料或者最少的造價(jià)成本來建造出滿足國(guó)家規(guī)范和設(shè)計(jì)使用要求的建筑物，是現(xiàn)今建筑行業(yè)人士的追求。但同時(shí)，我們需要保障建筑物的安全性能，所以在這種背景下，建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)作用就體現(xiàn)出來了。建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)并不是簡(jiǎn)簡(jiǎn)單單的減少混凝土材料用量和鋼筋等的用量，而是要需要通過不斷調(diào)整各構(gòu)件剛度之間的比例關(guān)系，做到充分利用各構(gòu)件的受力作用，發(fā)揮它們各自的優(yōu)點(diǎn)長(zhǎng)處，使建筑物的整體結(jié)構(gòu)達(dá)到最優(yōu)。

1建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的作用

優(yōu)化結(jié)構(gòu)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是從理論的方面對(duì)建筑進(jìn)行研究分析，充分的進(jìn)行要求，使得在實(shí)際操作時(shí)能夠更加有效地進(jìn)行工作，對(duì)于工程建設(shè)來說，優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是非常重要的，是將理論與實(shí)踐形結(jié)合的過程，不僅能夠促進(jìn)我國(guó)工程的順利進(jìn)行，還能夠有效地促進(jìn)我國(guó)建筑行業(yè)得到更快的發(fā)展。對(duì)于我國(guó)的建筑來說，其質(zhì)量的保障、安全性能要求是非常高的，而在實(shí)際的建設(shè)過程中，在這些方面卻存在一定的問題，為了更好地避免這樣的問題，就需要不斷的進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化，充分利用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法，使建筑能夠在結(jié)構(gòu)方面的質(zhì)量得到保障，這才能使得建筑有進(jìn)一步發(fā)展的可能，并且也能夠?yàn)榻ㄖ髽I(yè)帶來更高的利益。

1.1有利于合理控制好工程總體成本，節(jié)約土地

目前，高層建筑越來越多，與普通多層建筑進(jìn)行對(duì)比和分析，高層建筑占據(jù)的空間面積比較大。然而在建筑物高度不斷增加的影響下，層數(shù)越來越多，一定程度上會(huì)導(dǎo)致占地節(jié)約量和建筑層數(shù)的比例出現(xiàn)嚴(yán)重的失衡狀態(tài)，而且工程總體成本也居高不下。所以，在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，必須要提高對(duì)土地節(jié)約量的高度重視，確保占地面積和造價(jià)之間的協(xié)調(diào)關(guān)系，從而將工程總體成本保持在合理范圍內(nèi)，避免造成不必要的浪費(fèi)或消耗等現(xiàn)象。

1.2降低成本、滿足安全性需求

在層數(shù)不斷增加的影響下，建筑物自重會(huì)對(duì)整體框架梁和柱的承載能力造成影響，大大增加了建筑物的承載力，一定程度上還會(huì)導(dǎo)致增加墻體面積和梁柱體積。同時(shí)，由于建筑物的高度是不同的，進(jìn)而會(huì)對(duì)墻面的范圍造成影響，而通過建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化，可以不斷降低內(nèi)外裝修面積，控制好成本，并滿足安全性原則，從而確保建筑整體經(jīng)濟(jì)效益的穩(wěn)步提升。

2建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的特點(diǎn)和要求

在實(shí)際建筑工程中，對(duì)建筑工程結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，不僅需要考慮建筑物的使用功能和建筑安全性能，還需要通過設(shè)計(jì)使建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)盡可能達(dá)到完美的效果，這一系列過程就是對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。在進(jìn)行工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化必須參照一定的要求，這樣對(duì)于建筑物的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來說，才能夠使得建筑的質(zhì)量在一定程度上得到保障，就我國(guó)的工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來說，是有著嚴(yán)格的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求的，而只有嚴(yán)格的按照要求進(jìn)行工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，這樣才能夠有效地保證建筑設(shè)計(jì)的安全合理。對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的要求主要包括以下幾個(gè)方面。

2.1工程的安全性能

隨著現(xiàn)在人民生活水平的不斷提高，人們對(duì)于住宅建筑的要求也是越來越高，工程在實(shí)施過程中，安全性要求是其中最為重要的要求，并且，對(duì)于用戶來說，工程建筑的質(zhì)量好壞與人們的生活息息相關(guān)，工程建筑的質(zhì)量，還影響到建筑公司的業(yè)績(jī)以及名譽(yù)，工程的安全性不僅會(huì)影響到建筑的使用壽命，同時(shí)在施工過程中，如果對(duì)工程的安全性不能夠有充分的保障，那么將會(huì)對(duì)施工人員的生命安全造成一定的影響。為了不斷地提升工程的安全性，首先可以從施工人員的安全意識(shí)方面入手，避免由于施工人員本身的失誤造成的意外事故，另外，還可以通過建立安全管理制度等辦法，進(jìn)一步加強(qiáng)工程的安全施工管理。

2.2工程的環(huán)保性

隨著現(xiàn)在人們對(duì)于環(huán)境保護(hù)的不斷重視，同時(shí)，國(guó)家又提出了可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，這都預(yù)示著建筑行業(yè)未來的發(fā)展也必將具有環(huán)保性。在現(xiàn)代的工程來說，對(duì)于環(huán)保的意識(shí)并不強(qiáng)，施工人員將重視程度更多的集中于建筑的質(zhì)量以及工期等，為了更好地促進(jìn)建筑向環(huán)保型方向發(fā)展，就要不斷的加強(qiáng)人們的環(huán)保意識(shí)。對(duì)于工程環(huán)保方面的建設(shè)，首先要從建筑的整體進(jìn)行考慮，選取適合于該建筑的材料；其次，要從材料自身的性能來看，使這些環(huán)保材料能夠?qū)ㄖM(jìn)行優(yōu)化，并且對(duì)于建筑的局部細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)，也需要做到綠化環(huán)保。

2.3功能性要求

隨著現(xiàn)在科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，人們的生活水平得到了很大程度的提高，人們對(duì)于住所的功能性問題也越來越看重。對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來說，除了安全性能方面的要求，另一個(gè)重要的要求就是對(duì)于工程建筑功能性的要求，設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行建筑工程建筑的設(shè)計(jì)時(shí)，要充分了解到建筑本身的用途，從而更加合理的進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，使建筑的功能性更強(qiáng)，滿足用戶需求。

3建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法的實(shí)現(xiàn)

3.1結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型的確立

通常在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法在應(yīng)用的過程中，需要三個(gè)步驟來完成。第一個(gè)就是確定好建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的變量。在實(shí)際建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，把影響建筑物結(jié)構(gòu)的參數(shù)當(dāng)成設(shè)計(jì)變量，包括目標(biāo)控制參數(shù)、約束控制參數(shù)等設(shè)計(jì)變量。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，有些設(shè)計(jì)參數(shù)變化不大，一般將其設(shè)置為預(yù)定參數(shù)。通過這種辦法，就能夠降低設(shè)計(jì)、編程和計(jì)算方面的工作量。在設(shè)計(jì)中，先預(yù)算建筑截面所需要的鋼筋量，選擇合理的鋼筋配比，降低建筑工程造價(jià)。在確定建筑結(jié)構(gòu)約束條件時(shí)，將建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的實(shí)際約束力條件和計(jì)算約束條件進(jìn)行對(duì)比分析，選擇可以合理的約束條件，使得各個(gè)約束條件能夠滿足建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的規(guī)范要求，從而優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

3.2優(yōu)化設(shè)計(jì)方法的設(shè)定

在實(shí)際建筑工程中，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化方法的很多。因?yàn)樵诮ㄖY(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法中的使用過程存在很多變量和非線性約束力。這些問題使得在設(shè)計(jì)計(jì)算的過程中，通常采用的方法就是將約束力優(yōu)化的問題轉(zhuǎn)化為無約束力問題進(jìn)行求解。比如Powell法、拉式乘子法及復(fù)合形法等計(jì)算方法就經(jīng)常使用在設(shè)計(jì)優(yōu)化的過程中。

3.3程序設(shè)計(jì)的完成

在結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型的選擇和優(yōu)化設(shè)計(jì)計(jì)算方法的基礎(chǔ)上，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化方法需要在選擇計(jì)算的基礎(chǔ)上完成具有快速運(yùn)算速度和完整功能的綜合程序的編制，結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型和可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)計(jì)算方法。

3.4優(yōu)化設(shè)計(jì)方法的結(jié)果分析

建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，在進(jìn)行上述步驟的過程時(shí)，有必要分析在各個(gè)方面可能出現(xiàn)的問題。由于房屋建筑的建設(shè)本身是一項(xiàng)耗資巨大的建設(shè)工程，施工過程中涉及的環(huán)節(jié)多樣且復(fù)雜，因此有必要對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行總體規(guī)劃和考慮。不能僅僅為了追求建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的成本，而忽視建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化。此外，在進(jìn)行建筑工程投資控制的過程中，還必須處理好經(jīng)濟(jì)和技術(shù)之間的問題。在設(shè)計(jì)過程中，不僅要對(duì)建筑工程設(shè)計(jì)節(jié)約成本，而且要注意建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的技術(shù)要求，并且要時(shí)常對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，真正的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法應(yīng)當(dāng)在兼顧技術(shù)要求和設(shè)計(jì)資金節(jié)約。

4總結(jié)

綜上所述，對(duì)于我國(guó)的建筑工程的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)來說，意義是非常重大的，對(duì)于我國(guó)建筑行業(yè)未來的發(fā)展也是十分重要的，因此，對(duì)于建筑工程結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)必須給予更多的關(guān)注。與此同時(shí)，在給予更多關(guān)注的時(shí)候，還需要堅(jiān)強(qiáng)建筑工程對(duì)于工作的落實(shí)情況，從而保證建筑工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)都能夠更加合理的運(yùn)用到實(shí)際的施工過程中。

參考文獻(xiàn)：

[1]馮妍.基于BIM技術(shù)的建筑節(jié)能設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng)研制[D].清華大學(xué)，2010.

[2]李犁.基于BIM技術(shù)建筑協(xié)同平臺(tái)的初步研究[D].上海交通大學(xué)，2012.

[3]李玉娟.BIM技術(shù)在住宅建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究[D].重慶大學(xué)，2008.