關(guān)于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化設(shè)計(jì)的探討

1、<p>　　關(guān)于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化設(shè)計(jì)的探討</p><p>　　摘要：對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化來說，其在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中極為重要，因?yàn)楹侠淼倪x擇結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案不僅能夠到達(dá)相應(yīng)的技術(shù)要求，還能夠減少經(jīng)濟(jì)上的消耗。然而，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化是一個(gè)極為復(fù)雜且綜合性比較強(qiáng)的系統(tǒng)性問題，所以我們必須加大對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法進(jìn)行深入的研究。本文對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用做出了相應(yīng)的研究，并對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的

2、相關(guān)的方法與步驟進(jìn)行了詳細(xì)介紹。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)； 設(shè)計(jì)；優(yōu)化 </p><p>　　中圖分類號(hào)：TU3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A </p><p>　　1、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法的理論體現(xiàn) </p><p>　　當(dāng)我們進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及工程項(xiàng)目的相關(guān)設(shè)計(jì)的時(shí)候，不僅要對(duì)設(shè)計(jì)對(duì)象的安全性可靠性以及其基本使用功能進(jìn)行必要的考慮外，設(shè)計(jì)還要

3、盡可能的突出建筑的美感，這些便是結(jié)構(gòu)以及工程項(xiàng)目的最優(yōu)化的相關(guān)問題。也就是說利用相應(yīng)的數(shù)學(xué)上的方法，對(duì)所有設(shè)計(jì)方案進(jìn)行必要的分析比較，得出最滿意的設(shè)計(jì)方案，以滿足預(yù)期的目標(biāo)。 </p><p>　　從理論上對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法進(jìn)行相關(guān)的分析可知，房屋工程結(jié)構(gòu)總體的優(yōu)化設(shè)計(jì)以及房屋工程分部結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法在實(shí)際應(yīng)用中具體的表現(xiàn)。房屋工程結(jié)構(gòu)總體的優(yōu)化設(shè)計(jì)主要是對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)、屋蓋系統(tǒng)以及結(jié)構(gòu)細(xì)部等進(jìn)行相應(yīng)

4、的設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化設(shè) </p><p>　　計(jì)。在設(shè)計(jì)的時(shí)候還必須考慮到相應(yīng)的布置、選型、造價(jià)以及受力等方面的問題，然后根據(jù)工程的實(shí)際情況以及結(jié)合房屋建筑相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)性，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。 </p><p>　　為了適應(yīng)時(shí)代發(fā)展的要求，建筑的結(jié)構(gòu)形式必須不斷的進(jìn)行必要的創(chuàng)新。對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)師來說，要確保建筑結(jié)構(gòu)具有一定的安全保證，在此基本上考慮設(shè)計(jì)出新的結(jié)構(gòu)形式。 </p

5、><p>　　對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，我們要求盡量縮小質(zhì)量中心和剛度中心的差異以及建筑的平面結(jié)構(gòu)盡量對(duì)稱與規(guī)則，不過這些必須滿足設(shè)計(jì)師的基本設(shè)計(jì)意圖。還要要求在水平荷載作用下建筑物不會(huì)產(chǎn)生很大的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。必須在滿足建筑相應(yīng)的功能條件下，在豎直方向布置盡量讓豎直方向的相應(yīng)的承重構(gòu)件上下貫通。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，為了減少結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析上的難度以及經(jīng)濟(jì)性，我們應(yīng)該盡量避免使用轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)。對(duì)豎直方向的剛度也有著相應(yīng)的要求，要求剛度的變

6、化必須是漸變的而不是突變的，否則在剛度突變的地方會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的應(yīng)力集中，這不利于建筑結(jié)構(gòu)抵抗水平方向的動(dòng)力載荷作用。 </p><p>　　2、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)的現(xiàn)實(shí)意義 </p><p>　　對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)進(jìn)行必要的優(yōu)化，在對(duì)于房屋結(jié)構(gòu)相關(guān)的設(shè)計(jì)中的應(yīng)用意義重大，不僅能夠滿足了建筑的實(shí)用與美觀，而且還可以有效地對(duì)工程造價(jià)進(jìn)行控制。對(duì)于建筑商來說，其當(dāng)然希望用最少的投資，而獲得最大的收益，

7、然而又必須對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的科學(xué)性、可靠性以及安全性做出保證，這必然要求對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化。 </p><p>　　結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化和傳統(tǒng)房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行比較我們可以發(fā)現(xiàn)：運(yùn)用設(shè)計(jì)優(yōu)化的技術(shù)能夠降低建筑的工程造價(jià)（6 ～ 35％）。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)能夠使得建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)部的每個(gè)單元都得到最佳的協(xié)調(diào)，并可以對(duì)材料的性能進(jìn)行最合理的利用。這樣不僅能夠保證相關(guān)規(guī)定的安全系數(shù)，還能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性與實(shí)用性。 </p&

8、gt;<p>　　3、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)中的步驟 </p><p>　　3.1建立結(jié)構(gòu)優(yōu)化的模型 </p><p>　　在我們對(duì)房屋結(jié)構(gòu)整體進(jìn)行必要的優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)候，可以分成三步進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)優(yōu)化。下面將對(duì)每一步驟進(jìn)行詳細(xì)的介紹： </p><p>　　3.1.1要對(duì)設(shè)計(jì)變量進(jìn)行合理的選擇 </p><p>　　通

9、常在對(duì)設(shè)計(jì)變量進(jìn)行選擇時(shí)，我們把對(duì)建筑結(jié)構(gòu)影響的主要參數(shù)作為設(shè)計(jì)變量。如目標(biāo)控制的相關(guān)參數(shù)（損失的期望C2和結(jié)構(gòu)的造價(jià)C1）和約束控制相關(guān)參數(shù)（結(jié)構(gòu)的可靠度PS）等；然而還有一些影響不是太大，其變化范圍也不是很大或者由局部性以及結(jié)構(gòu)的相關(guān)要求就能夠滿足相應(yīng)的設(shè)計(jì)要求的一些參數(shù)，我們可以用預(yù)定參數(shù)來表示，這樣能夠使得我們的設(shè)計(jì)量、計(jì)算量以及編制程序的工作量均大大減小。 </p><p>　　3.1.2對(duì)目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行

10、確定 </p><p>　　在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的時(shí)候，我們還必須尋找一組能夠滿足相關(guān)的預(yù)定條件的截面相應(yīng)的幾何尺寸、鋼筋的截面積以及相應(yīng)的失效的概率的函數(shù)，使得工程造價(jià)最少。 </p><p>　　3.1.3對(duì)約束條件進(jìn)行確定 </p><p>　　對(duì)于房屋的結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)優(yōu)化來說，必須確保結(jié)構(gòu)的可靠度，來對(duì)優(yōu)化設(shè)計(jì)相關(guān)的約束條件進(jìn)行相應(yīng)的確定，設(shè)計(jì)優(yōu)化的約束條件主要包

11、括裂縫寬度約束、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度約束、尺寸約束、構(gòu)件單元約束、應(yīng)力約束、結(jié)構(gòu)體系約束、從可靠指標(biāo)約束到確定性約束條件以及從正常使用極限狀態(tài)下的彈性約束到最終極限狀態(tài)的彈塑性約束等約束條件。在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的時(shí)候，我們必須對(duì)目標(biāo)約束條件與實(shí)際的約束條件進(jìn)行相應(yīng)的比較與分析，再確保每個(gè)約束條件都必須滿足相關(guān)要求，以實(shí)現(xiàn)最佳的設(shè)計(jì)。 </p><p>　　3.2對(duì)優(yōu)化設(shè)計(jì)的計(jì)算方案進(jìn)行設(shè)定 </p><p&g

12、t;　　根據(jù)可靠度進(jìn)行的房屋結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)具有多約束且非線性的優(yōu)化問題以及復(fù)雜的多變量，在進(jìn)行相應(yīng)的分析計(jì)算中，一般把有約束的優(yōu)化問題轉(zhuǎn)換成無約束優(yōu)化問題的求解。常用的優(yōu)化設(shè)計(jì)的計(jì)算方法有拉氏乘子法、復(fù)合形法、Powell法等。 </p><p>　　3.3進(jìn)行程序的相關(guān)設(shè)計(jì) </p><p>　　根據(jù)可靠度進(jìn)行的房屋結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)的基本模型以及所使用的優(yōu)化設(shè)計(jì)的計(jì)算方法，可以編寫一個(gè)具有

13、運(yùn)算速度快以及功能齊全的綜合應(yīng)用程序。 </p><p><b>　　3.4結(jié)果分析 </b></p><p>　　我們必須對(duì)相應(yīng)的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行必要的分析比較，然后選擇出最佳的設(shè)計(jì)方案。在這個(gè)過程中，我們考慮問題必須全面，并且要對(duì)問題進(jìn)行多角度的考慮。這一步驟在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化中尤其重要，合理的選擇設(shè)計(jì)方案，不僅能夠確保結(jié)構(gòu)的美觀、安全性、合理性以及實(shí)用性，還能夠?qū)κ?/p>

14、工中的資金的投入有著重大的影響。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化中只強(qiáng)調(diào)經(jīng)濟(jì)上的節(jié)約，而忽略技術(shù)上的相關(guān)要求，是不正確的；同樣只考慮技術(shù)上的要求，而不考慮經(jīng)濟(jì)的要求，也是不合理的。我們必須對(duì)兩者進(jìn)行合理的配置，才能達(dá)到相關(guān)要求。 </p><p>　　4、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)的實(shí)踐應(yīng)用 </p><p>　　對(duì)于項(xiàng)目的前期設(shè)計(jì)、整體設(shè)計(jì)、舊房改造以及抗震設(shè)計(jì)方面均能夠采用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法。下面對(duì)實(shí)踐應(yīng)用中

15、的問題進(jìn)行必要的說明： </p><p>　　4.1結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化應(yīng)注意前期參與 </p><p>　　前期方案直接會(huì)影響到工程的造價(jià)，然而很多結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)忽略了這一點(diǎn)，所以我們應(yīng)該注意。前期參與能夠讓我選擇合理的結(jié)構(gòu)形式以及合理的設(shè)計(jì)方案。 </p><p>　　4.2概念設(shè)計(jì)結(jié)合細(xì)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化 </p><p>　　在沒有具體數(shù)值量化的情況下

16、，我們可以使用概念設(shè)計(jì)。例如，對(duì)地震的烈度進(jìn)行設(shè)防時(shí)，由于它存在這不確定的因素，所以我們無法找到與實(shí)際相符合的計(jì)算式，所以在進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化的時(shí)候我們可以使用概念設(shè)計(jì)的方法，把相應(yīng)的數(shù)值作為參考與輔助相關(guān)的依據(jù)。同時(shí)在設(shè)計(jì)過程中，相關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員必須合理并靈活的使用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的方法，從而達(dá)到最佳的效果。 </p><p>　　在設(shè)計(jì)過程中必須對(duì)細(xì)部的結(jié)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)計(jì)優(yōu)化，例如，在現(xiàn)澆的混凝土異形的板料，其拐彎處容

17、易開裂，我們可以簡(jiǎn)化成矩形板，然后再合理的選擇鋼筋，在滿足其結(jié)構(gòu)的基本要求條件下，達(dá)到既安全又經(jīng)濟(jì)的目的。 </p><p>　　4.3下部地基基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)優(yōu)化 </p><p>　　在地基基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化中，我們必須選取合適的方案，如可以根據(jù)工地的地質(zhì)條件選擇相應(yīng)的樁基類型，并盡量減少相應(yīng)的工程造價(jià)。并根據(jù)樁端的持力層的厚度合理的選擇灌注樁的樁長(zhǎng)度，通過對(duì)多種設(shè)計(jì)方案進(jìn)行必要的分析比

18、較，然后選取最佳的設(shè)計(jì)方案。 </p><p><b>　　5、結(jié)語 </b></p><p>　　對(duì)于現(xiàn)代的建筑來說，建筑不僅要具有必要的使用價(jià)值，而且還要具有一定的美觀。安全、便于施工、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用以及美觀是我們對(duì)房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，必須要考慮的五個(gè)基本問題，也就要求我們必須對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行相應(yīng)的優(yōu)化，以使得空間資源的合理利用，盡量使得房屋結(jié)構(gòu)合理、安全、可靠。隨著人