淺談建筑結(jié)構(gòu)設計優(yōu)化方法及其應用

1、<p>　　淺談建筑結(jié)構(gòu)設計優(yōu)化方法及其應用</p><p>　　摘要：我們通過為什么要對建筑結(jié)構(gòu)設計優(yōu)化，而探究了建筑結(jié)構(gòu)設計優(yōu)化的方法，并重點闡述了建筑結(jié)構(gòu)設計優(yōu)化技術的應用，給我們以后建筑結(jié)構(gòu)設計提供了積極的作用。 </p><p>　　關鍵詞：建筑結(jié)構(gòu)；設計；方法；應用 </p><p>　　中圖分類號：TU318 文獻標識碼：A </p&g

2、t;<p>　　建筑是關乎民生、經(jīng)濟、社會發(fā)展的主要建筑形式，且大量存在，因此對于建筑的結(jié)構(gòu)設計應做到安全、適用、經(jīng)濟、美觀，并且符合當前的施工技術水平。也可以說，建筑結(jié)構(gòu)的質(zhì)量是保證建筑使用功能的基礎，是保障建筑材料、能源和經(jīng)濟等資源有效發(fā)揮作用的途徑。因此，對于建筑結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設計顯得尤為重要。 </p><p>　　一、分析為什么要對建筑結(jié)構(gòu)設計優(yōu)化 </p><p>

3、　?。ㄒ唬┕?jié)省工程造價 </p><p>　　建筑工程造價中建筑結(jié)構(gòu)的成本大約占到總造價的50%，對建筑結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設計可以在很大程度上降低工程總造價，節(jié)約工程造價成本。建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計能有效的節(jié)省房屋建筑的投資成本，具有巨大的經(jīng)濟價值。 </p><p>　　（二）提高工程質(zhì)量 </p><p>　　目前設計單位的水平整體都在不斷提升，但是首先很多工程師成本控制意

4、識低，忽略對建筑工程的成本造價控制，只追求高的安全系數(shù)，從而造成設計過于保守；其次，沒有相應的責任制，設計人員缺乏責任心，對建筑結(jié)構(gòu)的設計概念不清楚，一味的使用計算機而不是大腦來進行計算，常常導致計算不合理或者與工程實際不吻合等等錯誤，使之結(jié)構(gòu)設計存在安全隱患或者較大的浪費；另外，設計人員與建設單位的溝通不到位，沒有完全理解建設單位的建造用途及建筑功能，進而造成建筑產(chǎn)品不能滿足建設單位的需要。 </p><p>

5、　　據(jù)統(tǒng)計因為在設計過程中，設計質(zhì)量差，造成功能布置不合理，相關專業(yè)工程師沒有相互溝通，導致經(jīng)常出現(xiàn)在施工過程中進行修改及返工現(xiàn)象，導致施工工期不能控制。同時因為工程質(zhì)量差，工程存在安全隱患等問題，造成投資的卜大浪費。通過建筑結(jié)構(gòu)設計優(yōu)化可以有效的提高工程設計質(zhì)量，降低安全隱患，減少投資浪費。 </p><p>　　二、探究建筑結(jié)構(gòu)設計優(yōu)化的方法 </p><p>　　建筑結(jié)構(gòu)設計優(yōu)化是要

6、通過對擬建項目進行模型的優(yōu)化、計算方法的優(yōu)化，并在計算和模擬的基礎上制定有效的結(jié)構(gòu)方案，再進行驗證。 </p><p>　?。ㄒ唬┙Y(jié)構(gòu)優(yōu)化模型的建立 </p><p>　　在進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計的過程中，首要的問題是要根據(jù)實際的結(jié)構(gòu)特性設定成為相關的結(jié)構(gòu)設計參數(shù)，主要的有目標控制參數(shù)和約束控制參數(shù)。對于那些變化范圍比較小的，且在結(jié)構(gòu)的局部加強就能滿足要求的部分參數(shù)，將其確定為預設參數(shù)，從而減少

7、計算的工作量;對于目標函數(shù)，是要找到一組可以滿足預定條件的鋼筋截面積和截面的幾何尺寸，目標是要讓總造價最小。對于約束控制函數(shù)，包括前度和穩(wěn)定約束、截面尺寸約束、結(jié)構(gòu)整體約束、構(gòu)建單元約束、正常使用狀態(tài)的上下限約束條件等。參數(shù)的設計必須要與實際情況和規(guī)范相符。 </p><p>　?。ǘ┙Y(jié)構(gòu)優(yōu)化設計的計算方法 </p><p>　　在結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計計算方案的確定上，考慮到建筑結(jié)構(gòu)的復雜性帶來

8、的變量多、約束條件多等情況，因此在計算過程中，一般的做法是先將有約束的優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化為無約束條件再進行求解，可選用的計算方有拉式乘子法、復合形法等。結(jié)構(gòu)選型、尺寸和參數(shù)設計完成后，在計算方案的基礎上設計優(yōu)化程序。并在得到計算結(jié)果后，對結(jié)構(gòu)進行綜合分析，最后確定最合理的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計方案。 </p><p>　　三、建筑結(jié)構(gòu)設計優(yōu)化技術的應用 </p><p>　　通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計技術來逐步改善

9、房屋建筑的使用性能，進而提高經(jīng)濟性，大力降低工程成本造價。在建設工程項目中，結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計技術主要應用于項目的整體設計、前期設計以及抗震設計等各個分部階段環(huán)節(jié)，應用廣泛，其發(fā)揮的效能也十分明顯。 </p><p>　?。ㄒ唬淞⒕芬庾R </p><p>　　結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計過程是結(jié)構(gòu)工程師打造設計精品的過程，預算專業(yè)提前到設計方案階段，為結(jié)構(gòu)工程師提供必要的經(jīng)濟分析數(shù)據(jù)，通過結(jié)構(gòu)工程師與造價工

10、程師對設計質(zhì)量、品質(zhì)的經(jīng)濟指標的全程控制，實現(xiàn)設計產(chǎn)品質(zhì)量與經(jīng)濟的統(tǒng)一。 </p><p>　　（二）優(yōu)化設計中正確理解應用結(jié)構(gòu)設計規(guī)范 </p><p>　　追求適用、安全、經(jīng)濟、美觀以及便于施工是建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計的目的。因此，建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計不但要求結(jié)構(gòu)設計工程師有豐富的設計經(jīng)驗，也同時要對建筑結(jié)構(gòu)規(guī)范的條文的概念、定義、前提條件及適用范圍有較為詳細的了解，在建筑結(jié)構(gòu)設計規(guī)范的基礎上，

11、能夠把自身的結(jié)構(gòu)設計方案科學的融入到整個項目工程中。對于一些大面廣的工程中，某些條文規(guī)定不可避免的偏于保守，同時，也有些條文對一些特殊、復雜工程的設計工程條文安全性不足。因此，建筑結(jié)構(gòu)工程師在優(yōu)化設計中，應該充分利用扎實專業(yè)知識與豐富的設計經(jīng)驗，對上述問題做出科學與正確的判斷，從而能夠把握設計，使設計成果逐步優(yōu)化，不斷創(chuàng)新。 </p><p>　?。ㄈ┙Y(jié)構(gòu)工程師要積極參與工程前期規(guī)劃及方案 </p>

12、<p>　　建筑結(jié)構(gòu)工程師要積極主動參與前期工程規(guī)劃及建筑方案，是實施結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術的重點內(nèi)容。因為，在在實際施工中，建筑結(jié)構(gòu)工程建筑師難以把握對結(jié)構(gòu)體系的受力的正確分析，相關建筑結(jié)構(gòu)工程師要積極主動地參與前期方案設計，幫助建筑師構(gòu)思與逐步創(chuàng)新，使得建筑師的建筑理念得以完美的體現(xiàn)。 </p><p>　?。ㄋ模┖侠淼慕Y(jié)構(gòu)方案 </p><p>　　要用整體的概念在待定的建筑設計

13、中來完成結(jié)構(gòu)整體方案的構(gòu)思，處理好構(gòu)件與構(gòu)件，構(gòu)件與整體結(jié)構(gòu)的關系，充分利用和發(fā)揮整體結(jié)構(gòu)與構(gòu)件的最佳受力狀態(tài)，使結(jié)構(gòu)具有足夠的承載力、剛度及良好的延性，盡可能使結(jié)構(gòu)受力與傳力簡單、直接、明確，使之整體結(jié)構(gòu)安全可靠協(xié)調(diào)一致，使建筑的型心與重心重合，避免及減小外力作用下的扭轉(zhuǎn)效應，結(jié)構(gòu)平面規(guī)則對稱與豎向剛度的均勻一致，可能達到結(jié)構(gòu)設計的安全經(jīng)濟。 </p><p>　?。ㄎ澹┙ㄖY(jié)構(gòu)各部門相互協(xié)調(diào)與合作 </

14、p><p>　　建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化是一個復雜性的系統(tǒng)工程，涉及到的專業(yè)也很廣，各個專業(yè)必須相互協(xié)調(diào)與配合。依據(jù)建筑學發(fā)展角度出發(fā)，現(xiàn)代建筑是綜合性產(chǎn)品，包括建筑、結(jié)構(gòu)以及設備等要素。因此，建筑工程在工程實施中，應該大力加強分工與合作，將各個構(gòu)成要素進行充分有機結(jié)合，為打造出完美的作品夯實基礎。在建筑工程項目設計中，最重要的環(huán)節(jié)是建筑設計與結(jié)構(gòu)設計，只有將這兩個環(huán)節(jié)充分結(jié)合，建筑工程實用、經(jīng)濟、美觀大方效果才能充分體現(xiàn)，同時

15、，建造結(jié)構(gòu)受力更趨向合理性，大大降低了成本，簡化了施工。但在建筑設計中，一些建筑設計人員不遵循建筑的基本力學規(guī)律，過于注重設計方案創(chuàng)作的新奇性，導致這建筑結(jié)構(gòu)難于處理，因此，建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化必須通過強化各個專業(yè)的合作與協(xié)調(diào)，可能夠?qū)崿F(xiàn)結(jié)構(gòu)合理，成本降低。 </p><p>　　（六）提高材料的利用率 </p><p>　　結(jié)構(gòu)的效能設計主要考慮充分發(fā)揮結(jié)構(gòu)材料的力學性能，有效的減少結(jié)構(gòu)材料的消

16、耗，達到“少費多用”的目的。各種高強材料：高強度鋼筋、高強度混凝土等；各種輕型材料如：輕骨料混凝土、輕型隔墻的合理利用，可以有效的減輕建筑結(jié)構(gòu)的自重，減小水平地震力的作用，減小基礎頂部荷載等等。 </p><p>　　（七）充分考慮地基基礎結(jié)構(gòu)設計 </p><p>　　地基基礎是建筑結(jié)構(gòu)設計的重要組成部分之一，其造價根據(jù)工程所建地地基土的不同，基礎形式不同，其基礎造價也不同，但其造價占工

17、程總造價的比例也不同，其比例占總造價的20~25%不等。地基基礎屬于隱蔽工程，建筑物的高度與安全性等受地基基礎影響很大。建筑結(jié)構(gòu)中的地基基礎的結(jié)構(gòu)設計必須選擇合適的方案，要依據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)條件上部結(jié)構(gòu)形式、高度、層數(shù)、基礎頂部荷載，綜合進行基礎選型及埋深等設計，最大程度的節(jié)省造價。 </p><p>　　總之，結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計的目的是為了讓建筑設計年限內(nèi)能夠更好的發(fā)揮其作用而提出的。我們通過對建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計的內(nèi)容和方法

18、的剖析，指出了在實際應用中如何來利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計。所以，結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計是在堅持可持續(xù)發(fā)展觀、充分利用有限資源的基礎上提出的，是符合社會發(fā)展需要的有力舉措。 </p><p><b>　　參考文獻： </b></p><p>　　[1]王媛.淺析住宅建筑結(jié)構(gòu)設計的優(yōu)化分析[J].城市建筑,2013,12:45. </p><p>　　[2]夏忠翔.