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        淺議建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的方法

        2014-08-26 07:44:14朱國偉
        科技創(chuàng)新與應(yīng)用 2014年26期
        關(guān)鍵詞:方法

        朱國偉

        摘 要:文章通過對房屋結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計方法的介紹,幫助設(shè)計者改進設(shè)計方法,提高結(jié)構(gòu)設(shè)計水平,從而能夠合理利用空間資源,完成安全可靠、美觀實用的建筑房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計方案。希望對相關(guān)工作提供借鑒。

        關(guān)鍵詞:建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計;設(shè)計優(yōu)化;方法

        引言

        進入21世紀以來,隨著物質(zhì)生活水平的不斷提高,人們的生活理念發(fā)生了巨大的變化。作為人們工作生活的場所,房屋建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計也成為人們關(guān)心的話題。在現(xiàn)代消費觀念的影響下,房屋不再僅僅是供人居住辦公,遮風(fēng)擋雨的場所,同時還被賦予了滿足人們審美觀念的新功能。當前,除了最基本使用功能外,建筑正在被開發(fā)出越來越多的新用途,同時也是人們實現(xiàn)審美追求,提高生活格調(diào)重要途徑。建筑設(shè)計師在設(shè)計房屋時,不僅要考慮房屋的使用功能,更要從美學(xué)角度考慮更多的內(nèi)容。只有二者協(xié)調(diào)統(tǒng)一,完美結(jié)合,同時滿足使用者在使用功能和審美要求上的雙重要求,才能成為受人青睞的建筑佳品。房屋建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計包含的內(nèi)容非常廣泛,其根本目標是實現(xiàn)功能完善、質(zhì)量可靠、符合人們審美情趣的設(shè)計方案。要達到這個目標,需要持之以恒的長期學(xué)習(xí)和實踐,需要汲取其它優(yōu)秀設(shè)計方案的菁華,取長補短,融會貫通,不斷優(yōu)化設(shè)計方案,充分利用空間資源,最大程度地滿足房屋使用者的實際需要。

        1 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的內(nèi)涵

        影響一座建筑物好壞的因素非常多。一般來講,人們對建筑物的評價來源于三個方面:外形、結(jié)構(gòu)和質(zhì)量。這些都和結(jié)構(gòu)設(shè)計密切相關(guān)。房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計,不僅僅是整個建筑工程賴以實施的基本根據(jù),更是一個建筑能否充分實現(xiàn)預(yù)定功能和目標的根本保障,是整個建筑工程的核心要素。優(yōu)秀的房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計方案,應(yīng)當能夠在有效控制成本投入,降低施工難度的基礎(chǔ)上,充分利用城市中的空間資源和其它資源,大幅提升建筑物的實用功能和安全質(zhì)量。要取得優(yōu)秀的設(shè)計方案,需要對既有設(shè)計不斷進行優(yōu)化改良,從而最大限度地實現(xiàn)使用者對房屋的功能要求、質(zhì)量要求和審美需要。同時,優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)設(shè)計還能夠有效幫助建設(shè)者節(jié)約資金,降低建設(shè)成本。

        2 實現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的一般方法

        單純從建筑角度來講,結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化主要分為房屋工程分部結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計和總體結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計兩種。一所房屋的設(shè)計建造,要根據(jù)具體情況,綜合考慮房屋建筑的人文要求、經(jīng)濟要求和周圍環(huán)境要求等。合理充分利用資源,實現(xiàn)各種要素的和諧共存,是建筑房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的基本理念。

        2.1 建立結(jié)構(gòu)優(yōu)化的模型

        實現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化,首先需要建立一個數(shù)學(xué)模型,重現(xiàn)房屋的各項指標和影響因素間的復(fù)雜關(guān)系。可以按照以下幾個步驟建立模型:

        2.1.1 合理選擇設(shè)計變量

        設(shè)計變量通常優(yōu)先選擇對建筑結(jié)構(gòu)影響大的參數(shù),即和設(shè)計目標直接相關(guān)的那些內(nèi)容,如損失的期望C2和結(jié)構(gòu)的造價C1等,還有和限制條件相關(guān)的因素,如結(jié)構(gòu)的可靠度PS等;為了減少設(shè)計量、計算量和編制程序的工作量,還可以把部分因素用預(yù)定參數(shù)來代表,這些參數(shù)通常具有影響細微、波動不明顯的特點,往往通過局部調(diào)整或結(jié)構(gòu)本身就能滿足相關(guān)要求。

        2.1.2 確定目標函數(shù)

        出于建造成本的考慮,需要建立一組函數(shù),通過這組函數(shù)可以準確描述預(yù)定條件中截面幾何尺寸、鋼筋的截面積和相應(yīng)的失效概率之間的關(guān)系。

        2.1.3 確定約束條件

        房屋建筑安全可靠是房屋結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計必須滿足的基本條件,以此出發(fā)可以確定優(yōu)化設(shè)計的約束條件。裂縫寬度、結(jié)構(gòu)強度、構(gòu)件的大小、結(jié)構(gòu)應(yīng)力、結(jié)構(gòu)體系規(guī)格、可塑程度、確定程度等都是常見的約束條件。設(shè)計者要充分比較分析目標約束條件和實際約束條件,確保每個目標約束條件都有的放矢,符合實際,從而為設(shè)計優(yōu)化提供根本保障。

        2.2 設(shè)定計算方案

        以提高安全性、耐久性和適用性為目標的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化,往往具有約束條件復(fù)雜、變量眾多、函數(shù)非線性的特點,為了方便分析計算,通常采用將有約束的優(yōu)化問題轉(zhuǎn)換成無約束的優(yōu)化問題的方法求解。拉氏乘子法、復(fù)合形法、Powell 法等都是常用的優(yōu)化計算方法。

        2.3 程序設(shè)計

        由于計算量巨大,計算過程復(fù)雜,為提高結(jié)果準確性和精度,通常利用程序來實現(xiàn)以提高安全性、耐久性和適用性為目標的房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的計算過程。編寫的綜合程序要完全符合優(yōu)化設(shè)計模型和計算方案,并具有功能完整、用途齊全、運轉(zhuǎn)高效等特點。

        2.4 結(jié)果分析

        結(jié)果分析是房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化過程中非常重要的一步,它直接關(guān)系到優(yōu)化設(shè)計方案的最終選擇。程序運算的結(jié)果只是為房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化提供參考依據(jù)和備選方案,并非最終結(jié)果。由于上述模型函數(shù)主要體現(xiàn)的經(jīng)濟成本上的優(yōu)化,在結(jié)果分析時,設(shè)計者需要把更多的因素納入思考范疇中,在詳細地比較分析基礎(chǔ)上,選擇出最佳的設(shè)計方案。前文已經(jīng)提到,現(xiàn)代社會的建筑,不僅要滿足實用功能,同時還需要滿足使用者的審美需求。造價成本和工程質(zhì)量不再是優(yōu)化設(shè)計的唯二標準。設(shè)計者需要從安全性、耐久性、使用功能、經(jīng)濟效益、施工要求、美觀程度,以及和周圍環(huán)境的和諧統(tǒng)一等方面進行全方位多角度的考慮,要分析各種因素的影響,從使用者、建設(shè)方等多個角度考慮,綜合各方意見進行比較。任何考慮上的偏頗和疏漏都有可能造成建筑設(shè)計上的缺陷,從而影響建筑的正常使用。必須平衡使用各種資源,才能實現(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計的最優(yōu)化。

        3 結(jié)束語

        房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化,本質(zhì)上是一次綜合所有影響的數(shù)據(jù)分析,對設(shè)計者的理論水平和實踐經(jīng)驗提出了非常高的要求。房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計所需要達到的目標,絕大多數(shù)情況下不是一個單一的指標,而是一組指標的組合。這些指標往往互相影響,既是統(tǒng)一的,又是矛盾的,各有側(cè)重點,又相輔相成。設(shè)計者應(yīng)當綜合考慮房屋的各種性能,選擇最有助于實現(xiàn)房屋建筑綜合效益的設(shè)計方案。在保障房屋安全和使用質(zhì)量的前提下,設(shè)計者要用于創(chuàng)新,大膽實踐,努力尋求更好的設(shè)計路線,應(yīng)用現(xiàn)代化設(shè)計工具,更好地實現(xiàn)房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計的目標。

        參考文獻

        [1]鄒俊.建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中的現(xiàn)實應(yīng)用[J].科技傳播,2010(10).

        [2]佟月強,郝明.試論結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化技術(shù)及在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用[J].科技與企業(yè),2012(04).

        [3]辛海虹.結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化技術(shù)與其在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用[J].價值工程,2010(09).

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