芻議建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

李謙 吳淑超

摘要：建筑業(yè)在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展迅速發(fā)展之下，面臨著競爭日益激烈的局面。而人們生活水平的提升，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)方面的要求也慢慢提高，在房屋建筑方面人們對(duì)建筑的安全性、牢固性、建筑結(jié)構(gòu)等提出更高的需求;使房屋更方便舒適。另外還要求在越來越昂貴的土地成本和日漸嚴(yán)格的客戶需求之間如何找到平衡點(diǎn)，還對(duì)建筑設(shè)計(jì)人員也提出了很高的要求。能給筑商帶來更大經(jīng)濟(jì)利益，也同時(shí)把建筑方面的不足得到改進(jìn)，使居民對(duì)建筑的安全得到肯定。

關(guān)鍵詞：建筑結(jié)構(gòu);優(yōu)化設(shè)計(jì);建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法及作用

1.1建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法應(yīng)用。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法主要應(yīng)用于建筑工程結(jié)構(gòu)總設(shè)計(jì)與建筑工程局部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)兩方面，建筑工程結(jié)構(gòu)總設(shè)計(jì)的優(yōu)化設(shè)計(jì)主要有建筑基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)的優(yōu)化設(shè)計(jì)、建筑物頂部系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)的優(yōu)化設(shè)計(jì)、外圍護(hù)欄結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)的優(yōu)化設(shè)計(jì)及建筑結(jié)構(gòu)細(xì)部設(shè)計(jì)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，那么在對(duì)這幾個(gè)主要建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)需要充分考慮建筑整體結(jié)構(gòu)選型、結(jié)構(gòu)布置、受力及造價(jià)等因素，它們是影響建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化設(shè)計(jì)的主要因素，直接關(guān)系著建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化設(shè)計(jì)的效果，因此在優(yōu)化設(shè)計(jì)中要全面分析建筑實(shí)際情況，對(duì)于不同位置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，要選擇與之相符的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，從而達(dá)到建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的目的。

1.2建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化的目的是要在設(shè)計(jì)方法中做到做優(yōu)化，同時(shí)使設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)建筑時(shí)達(dá)到一定的實(shí)踐價(jià)值與經(jīng)濟(jì)學(xué)意義。隨著人們的生活水平的不斷提高，居民對(duì)所在的辦公樓的建筑設(shè)計(jì)也提出更好的要求，傳統(tǒng)的建筑設(shè)計(jì)使建筑結(jié)構(gòu)方面不利于很好的發(fā)展。只有不斷優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，才能給居民們一個(gè)安全舒適的懷境。實(shí)現(xiàn)了建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的使用價(jià)值，同時(shí)也提高了建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與可靠性，就目前建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用而言，它與傳統(tǒng)建筑結(jié)構(gòu)相比，利用先進(jìn)的優(yōu)化方法可以降低建筑工程的整體造價(jià)5%～30%，運(yùn)用合理的結(jié)構(gòu)優(yōu)化，能夠提高建筑材料的利用率，使整體建筑結(jié)構(gòu)更加協(xié)調(diào)，在增加其美觀度與穩(wěn)定性的同時(shí)，還在一定程度上降低了建筑施工成本，對(duì)建筑企業(yè)而言具有一定的經(jīng)濟(jì)學(xué)意義。

2、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的組成部分

若要保證結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中體現(xiàn)最大化的優(yōu)勢(shì)，就需要用科學(xué)合理的方式進(jìn)行實(shí)施，保證其具有完整、適用的步驟，從而滿足社會(huì)發(fā)展對(duì)房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所提出的要求。以下就是對(duì)房屋結(jié)構(gòu)設(shè)討優(yōu)化的具體步驟：

2.1計(jì)算方案必須是最優(yōu)秀的

房屋結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)中存在的問題是復(fù)雜多樣的，比如多變量、多約束的非線性優(yōu)化問題等;在計(jì)算過程中，通常要將有約束性的優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化為無約束性的問題求解，從而進(jìn)行最優(yōu)的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)方案。

2.2建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型

2.2.1合理選擇設(shè)計(jì)變量

一般設(shè)計(jì)變量都是選用對(duì)設(shè)計(jì)要求起主要影響作用的參數(shù)，將那些對(duì)設(shè)計(jì)要求影響、變化范圍不大，以及只要根據(jù)結(jié)構(gòu)要求或局部性的設(shè)計(jì)考慮，就能滿足設(shè)計(jì)要求的參數(shù)等作為預(yù)定參數(shù)，這樣可大大減少設(shè)計(jì)、計(jì)算和編制程序的工作量;

2.2.2確定目標(biāo)函數(shù)

關(guān)于確定目標(biāo)函數(shù)，只要選擇符合預(yù)定條件的一組截面幾何尺寸，以及建筑鋼筋截面積或失效概率，就能使總費(fèi)用降低到最小。

2.2.3確定約束條件

在房屋結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)中，要想確定其約束條件的范圍，應(yīng)從正常使用狀態(tài)下的彈性約束力到最終狀態(tài)下的彈塑性約束力，或從可靠指標(biāo)約束力到確定性約束力等范圍考慮。在設(shè)計(jì)中，要使結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)應(yīng)用于實(shí)際房屋結(jié)構(gòu)工程，就是要將其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中實(shí)際的約束條件與目標(biāo)約束條件作比較，保證各約束條件都符合現(xiàn)行規(guī)范的要求，從而實(shí)現(xiàn)最優(yōu)設(shè)計(jì)。

2.3結(jié)果分析

對(duì)計(jì)算方案的結(jié)果進(jìn)行系統(tǒng)分析，從而確定最優(yōu)設(shè)計(jì)結(jié)果。因?yàn)榻ㄔO(shè)投資涉及到的方面比較復(fù)雜，必項(xiàng)進(jìn)行整體考慮，不能只是為了節(jié)約資金投入而忽視設(shè)計(jì)優(yōu)化的作用。

3、關(guān)于建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)在建筑建構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

3.1房屋建筑結(jié)構(gòu)工程師的積極參與

到目前為止，一個(gè)實(shí)際的建筑結(jié)構(gòu)施工，達(dá)到優(yōu)化的設(shè)計(jì)的方法不僅可以使工程造價(jià)得到降低，同時(shí)還可以改變其適用性能。因此，要按照結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的方法和模型結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)去實(shí)踐，預(yù)先確定能直接影響總體的建設(shè)總投資計(jì)劃。但現(xiàn)在很多早期的程序設(shè)計(jì)者們?cè)诮ㄖA段不參與到建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中去，這對(duì)于建筑設(shè)計(jì)的結(jié)果有著直接的影響，使設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)時(shí)造成程序的步驟復(fù)雜給設(shè)計(jì)師增加了難度，而投資方面也明顯增多。

3.2建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化設(shè)計(jì)對(duì)實(shí)際建筑結(jié)構(gòu)問題的處理。

在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化設(shè)計(jì)中存在諸多問題，要優(yōu)化就要對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，若結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)手法不當(dāng)，會(huì)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)造成一定的破話，影響建筑物整體穩(wěn)定性與安全性。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化設(shè)計(jì)過程中常遭遇一些意想不到的事故，要及及時(shí)加之解決，對(duì)于優(yōu)化設(shè)計(jì)中存在的安全隱患，要制定行之有效的預(yù)防措施，降低結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)對(duì)建筑物造成的破壞力度，在優(yōu)化設(shè)計(jì)中要在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中充分考慮結(jié)構(gòu)的安全性及抗震性能，降低工程造價(jià)，提高經(jīng)濟(jì)收益的同時(shí)還要增強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)整體的抗震性能及可靠性。

3.3 各單位積極配合協(xié)調(diào)

設(shè)計(jì)好的房屋建筑結(jié)構(gòu)做到實(shí)踐相結(jié)合，與建設(shè)單位、還有機(jī)電安裝等施工單位和管理單位之間相互配合，共同設(shè)計(jì)出理想的方案和相應(yīng)措施，使施工建筑順利進(jìn)行。接受領(lǐng)導(dǎo)的一至安排，各需所責(zé)。建筑師、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師都參與到結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和具體施工當(dāng)中去，互相交流溝通，研究出更科學(xué)、更有效益的具體優(yōu)化方案，然后再去具體實(shí)施。

3.4合理優(yōu)化概念設(shè)計(jì)和局部結(jié)構(gòu)

概念設(shè)計(jì)應(yīng)用的特點(diǎn)具有不具體性、不確定性，在沒有具體數(shù)據(jù)的情況下，會(huì)導(dǎo)致計(jì)算與不同于實(shí)際情況。因此，概念設(shè)計(jì)的方式是很有必要使用的。所以，設(shè)計(jì)人員要有靈活的思維，變通的設(shè)計(jì)優(yōu)化結(jié)構(gòu)，這樣會(huì)有很好的效果。當(dāng)然，細(xì)致部位的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化也要十分注意。例如，進(jìn)行飄窗選擇的時(shí)候，一定要留意立面的造型考慮是否有空調(diào)的實(shí)際使用，不僅僅是要美觀，還要有實(shí)用價(jià)值與安全性能。

4、結(jié)束語

根據(jù)建筑市場(chǎng)的要求，在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中靈活運(yùn)用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)，這對(duì)建筑企業(yè)節(jié)省資源、獲取最大經(jīng)濟(jì)效益等方面有著至關(guān)重要的影響。運(yùn)用科學(xué)合理的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)手段，在確保建筑結(jié)構(gòu)安全的基礎(chǔ)上進(jìn)行局部調(diào)整，使整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)更具可靠性與穩(wěn)定性，促進(jìn)建筑企業(yè)快速發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

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[2]楊華.淺談建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].規(guī)劃與設(shè)計(jì).2016，12（26）：56～58.