唐加鎮(zhèn)

【摘要】要讓建筑體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不斷實(shí)現(xiàn)優(yōu)化，需要從設(shè)計(jì)過程的各個(gè)階段有所考慮。前期的方案設(shè)計(jì)中應(yīng)當(dāng)更好的讓一些優(yōu)化的設(shè)計(jì)方法與設(shè)計(jì)理念得以滲透，隨后的細(xì)節(jié)處理中同樣需要對(duì)于一些細(xì)部做相關(guān)的設(shè)計(jì)與完善。此外，地基的選型與設(shè)計(jì)是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的重要組成，本文對(duì)此進(jìn)行了分析研究。

【關(guān)鍵詞】建筑結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)；優(yōu)化方法；房屋結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)；應(yīng)用

建筑體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不僅會(huì)直接決定整個(gè)建筑的安全性與穩(wěn)定性，優(yōu)化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念同樣能夠在保障建筑體的基本性能的同時(shí)更好的讓建筑體實(shí)現(xiàn)其經(jīng)濟(jì)效益。這也是對(duì)于優(yōu)化的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法不斷展開探究的原因所在。

一、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法

完美的建筑是在滿足人們使用功能及視覺感受的前提下，充分滿足使用者和社會(huì)所期望的各種要求。依據(jù)設(shè)計(jì)的要求，把力學(xué)概念與結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，讓參與計(jì)算的量部分可以以變量部分出現(xiàn)，進(jìn)而形成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方案域，運(yùn)用數(shù)學(xué)手段，在域中找到可以滿足要求的結(jié)構(gòu)優(yōu)化最佳設(shè)計(jì)方案。

結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的本質(zhì)以力學(xué)理論和數(shù)學(xué)規(guī)劃理論為理論基礎(chǔ)，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為工具，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)涉及到的各個(gè)變量進(jìn)行尋找優(yōu)化決策的先進(jìn)的設(shè)計(jì)方法，其本質(zhì)就是求極值問題。1）優(yōu)化數(shù)學(xué)模型。建立正確合理的優(yōu)化數(shù)學(xué)模型是結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的關(guān)鍵步驟，基于正確的優(yōu)化數(shù)學(xué)模型是得到正確優(yōu)化結(jié)果的基礎(chǔ)。例如，在優(yōu)化模型中，數(shù)學(xué)模型中的等式約束個(gè)數(shù)應(yīng)當(dāng)小于設(shè)計(jì)變量的個(gè)數(shù)，這樣才能求得最優(yōu)解。2）優(yōu)化數(shù)學(xué)算法和優(yōu)化迭代控制。對(duì)于建立的優(yōu)化數(shù)學(xué)模型，雖然可用的優(yōu)化算法有多種，但是采用不同的優(yōu)化算法所得到的優(yōu)化效果和所花費(fèi)的求解時(shí)間會(huì)有差別。所以，快速、有效的數(shù)學(xué)優(yōu)化算法也是結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。3）結(jié)構(gòu)分析方法。絕大多數(shù)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)問題難以采用解析法求解，而是采用數(shù)值法的方法。數(shù)值解的尋優(yōu)實(shí)際上是一個(gè)優(yōu)化迭代過程，而每次優(yōu)化迭代都需要進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析。實(shí)現(xiàn)以上提到的關(guān)鍵技術(shù)需要經(jīng)過建立可靠的優(yōu)化模型，然后采用適當(dāng)?shù)膬?yōu)化算法進(jìn)行求解。這其中選擇計(jì)算簡便且正確率高的優(yōu)化算法顯得尤為重要。

二、民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和經(jīng)濟(jì)性的關(guān)系

1. 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與用地的關(guān)系

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化方法必須遵循相關(guān)的經(jīng)濟(jì)性原則，這也是探討民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和經(jīng)濟(jì)性間的關(guān)系的必要性所在。首先，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和建筑用地間有著非常直接的聯(lián)系。一方面，建筑用地的選取將會(huì)直接決定后期所采取的一些結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方案以及需要的建筑用材，這些都會(huì)直接和建筑的建造成本掛鉤。另一方面，隨著現(xiàn)在民用建筑的高度不斷增加，對(duì)于那些高層建筑如何有效的控制其穩(wěn)定性與抗震性，這是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中需要著重考慮的一點(diǎn)。高層建筑雖說能夠一定程度減少用地面積，但是建造的成本會(huì)更高，如何做好這兩個(gè)方面的平衡，這是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化時(shí)需要著重考慮的問題。

2. 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和造價(jià)的關(guān)系

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和整個(gè)建筑體的造價(jià)間的聯(lián)系是十分緊密的，這也是一個(gè)重要的討論點(diǎn)。對(duì)于那些追求造型新穎、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有所創(chuàng)新的建筑體，其建造成本必然會(huì)更高，建造的難度也會(huì)更大。這會(huì)使得項(xiàng)目在單位面積上投入的成本更大。如何處理好這種造價(jià)與設(shè)計(jì)間的平衡，這是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化中需要有所考慮的問題。

3. 高層住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和經(jīng)濟(jì)性的關(guān)系

現(xiàn)在的住宅普遍朝著層高越來越高的方向發(fā)展，這確實(shí)能夠提高單位土地的利用效率，但是高層建筑在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上也提出了更高的要求。高層建筑不僅需要在地基上做特殊處理，對(duì)于建筑體的墻體面積和柱體面積也會(huì)顯著上升，這會(huì)直接提升整個(gè)建筑體的負(fù)重，對(duì)于建筑體的抗震性與穩(wěn)定性都會(huì)提出更高的要求，也會(huì)讓建筑自身的建造成本直線上升。如何處理好高層住宅的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與經(jīng)濟(jì)性間的平衡，這也是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化中需要處理的一個(gè)問題。

三、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法探究

1. 前期方案設(shè)計(jì)階段

前期的方案設(shè)計(jì)是建筑體整體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)輪廓得以落實(shí)的階段，這個(gè)時(shí)期的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中就能夠讓一些優(yōu)化的設(shè)計(jì)方法與設(shè)計(jì)理念很好的得以滲透。一方面，可以綜合衡量建筑體對(duì)于經(jīng)濟(jì)性與穩(wěn)定性的追求，盡可能的平衡兩者間的關(guān)系，這不僅能夠減少不必要的建筑成本，也能夠?yàn)榻ㄖw的安全性與穩(wěn)定性提供保障。另一方面，對(duì)于一些設(shè)計(jì)重點(diǎn)與設(shè)計(jì)難點(diǎn)要逐一攻破，要借助先進(jìn)的模型進(jìn)行全面的數(shù)據(jù)分析，最后確立一套最為合理可行的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。

2. 細(xì)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化

當(dāng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的整體方案得到落實(shí)后，隨后仍然會(huì)需要對(duì)于一些細(xì)部做相關(guān)的設(shè)計(jì)與完善，這一階段的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中仍然有很多值得優(yōu)化的地方。很多結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的不合理都是體現(xiàn)在細(xì)節(jié)的疏忽上，因此，設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)不放過對(duì)于每一個(gè)細(xì)節(jié)的處理，要讓每一個(gè)方面都有充分的考慮，并且有最為合適的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。只有將每一個(gè)細(xì)節(jié)都處理的更好，建筑體的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量才能夠有本質(zhì)上的提升，這也是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的一個(gè)重要途徑。

3. 地基設(shè)計(jì)的優(yōu)化

地基的選型與設(shè)計(jì)是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的重要組成，這也是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中具備很大完善與優(yōu)化空間的一個(gè)領(lǐng)域。隨著高層建筑的不斷增多，各種造型新穎獨(dú)特的建筑體的不斷出現(xiàn)，這些建筑在打造的過程中對(duì)于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)都提出了更高的要求，尤其是對(duì)于地基的選型與設(shè)計(jì)提出了更為苛刻的要求。地基的設(shè)計(jì)是保障建筑體的抗震性與穩(wěn)定性的基石，因此，在這方面進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)一定要更為優(yōu)化。合適的穩(wěn)固的地基才能夠?yàn)榻ㄖw提供更為安全穩(wěn)定的建造與使用環(huán)境。

結(jié) 語：想要讓建筑體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不斷實(shí)現(xiàn)優(yōu)化，這需要從設(shè)計(jì)過程的各個(gè)階段有所考慮。前期的方案設(shè)計(jì)中應(yīng)當(dāng)更好的讓一些優(yōu)化的設(shè)計(jì)方法與設(shè)計(jì)理念得以滲透，隨后的細(xì)節(jié)處理中同樣需要對(duì)于一些細(xì)部做相關(guān)的設(shè)計(jì)與完善。此外，地基的選型與設(shè)計(jì)是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的重要組成，這也是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中具備很大完善與優(yōu)化空間的一個(gè)領(lǐng)域。

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