建筑不僅要滿足必要的實(shí)用功能，還要具有一定的美觀性、適用性、經(jīng)濟(jì)性、安全性及便于施工性，所以建筑企業(yè)在進(jìn)行房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，需要做好結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化工作，從而有效地整合和利用資源。本文討論了建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的作用，分析了建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的特點(diǎn)和要求，然后具體闡述了在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中優(yōu)化方法的實(shí)現(xiàn)過程。

前言

“建筑是凝固的藝術(shù)”，建筑物結(jié)構(gòu)的精美，是建筑設(shè)計(jì)師將結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與美觀設(shè)計(jì)有效融合的直接體現(xiàn)。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化不僅能美化外觀，還能夠使房屋變得更加安全、經(jīng)濟(jì)與合理，最終滿足人們對(duì)當(dāng)前房屋建筑的要求。

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的作用

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，首先需要解決的問題就是建筑結(jié)構(gòu)如何滿足效益的長遠(yuǎn)化，在這個(gè)問題得到有效解決的基礎(chǔ)上，再對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性與經(jīng)濟(jì)性做到盡可能的優(yōu)化。與傳統(tǒng)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念相比，當(dāng)前所采用的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的有效應(yīng)用，能夠有效降低工程成本，一般能達(dá)到10%到35%的效果。其次建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法的應(yīng)用，還能夠做到對(duì)建筑材料有效性與利用率的最大程度發(fā)揮，能夠讓建筑物的各個(gè)空間與整體能夠達(dá)到相互協(xié)調(diào)的效果，并能夠滿足質(zhì)量安全管理規(guī)定的要求。另外，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方案的應(yīng)用，還能夠?qū)ㄖ锏脑仍O(shè)計(jì)起到完善的作用。所以，建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)起到重要的作用。

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的特點(diǎn)和要求

在進(jìn)行建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的時(shí)候，不僅需要對(duì)設(shè)計(jì)對(duì)象的基本功能與安全穩(wěn)定性進(jìn)行考慮，還需要通過設(shè)計(jì)，使建筑結(jié)構(gòu)達(dá)到盡可能完美的效果，而這一過程的實(shí)現(xiàn)，就是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的最優(yōu)化問題。建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法主要體現(xiàn)在建筑總體工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化和建筑各個(gè)部分的設(shè)計(jì)優(yōu)化兩個(gè)方面。對(duì)于項(xiàng)目整體設(shè)計(jì)、項(xiàng)目前期設(shè)計(jì)、抗震設(shè)計(jì)和舊房改造都可以采用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法。在實(shí)踐應(yīng)用中，應(yīng)注意前期就開始參與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化，對(duì)下部地基基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化時(shí)，要分析比較多種設(shè)計(jì)方案，然后選取最佳的設(shè)計(jì)方案。在設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)靈活運(yùn)用各種方法，對(duì)于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、圍護(hù)方案、房屋建設(shè)、結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)方案等一系列優(yōu)化設(shè)計(jì)合理分析，對(duì)細(xì)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化，以取得最佳的效果。當(dāng)無法對(duì)數(shù)據(jù)具體量化時(shí)，可使用概念設(shè)計(jì)。

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中優(yōu)化方法的實(shí)現(xiàn)過程

1.結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型的確立

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法在應(yīng)用的過程中，需要通過三個(gè)步驟來完成。首先是做好對(duì)設(shè)計(jì)變量的選擇工作。通常在設(shè)計(jì)中，會(huì)把對(duì)設(shè)計(jì)起影響作用的參數(shù)當(dāng)作為設(shè)計(jì)變量，這其中包含了目標(biāo)控制參數(shù)、約束控制參數(shù)等設(shè)計(jì)變量。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)當(dāng)中，對(duì)于變化范圍不大及在局部性設(shè)計(jì)時(shí)就能滿足的設(shè)計(jì)要求參數(shù)，一般將其設(shè)為預(yù)定參數(shù)，通過采用這種方法，能夠有效減少設(shè)計(jì)、編程及計(jì)算等方面的工作量。其次是對(duì)目標(biāo)函數(shù)的確定。在設(shè)計(jì)當(dāng)中，找到一組能夠滿足預(yù)定值的截面幾何與鋼筋截面積，從而降低工作造價(jià)。最后，確立約束條件。在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，其存在的可靠度優(yōu)化約束條件包含了應(yīng)力約束、變形約束、結(jié)構(gòu)單元約束、尺寸約束等各種約束條件。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，要使結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)在建筑結(jié)構(gòu)工程中有所應(yīng)用，就需要建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的實(shí)際約束條件在與目標(biāo)約束條件進(jìn)行比較的過程中，能夠使各個(gè)約束條件都滿足行業(yè)規(guī)范的要求，從而很好地實(shí)現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)。

2.優(yōu)化設(shè)計(jì)方法的設(shè)定

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的應(yīng)用過程中存在著諸多的變量及約束非線性優(yōu)化的問題。因此在計(jì)算的過程中，一般采取的辦法都是將約束優(yōu)化的問題轉(zhuǎn)換為無約束問題來進(jìn)行求解。在優(yōu)化設(shè)計(jì)方法的設(shè)定時(shí)，可以選擇的計(jì)算方法有Powell法、拉式乘子法及復(fù)合形法。

3.程序設(shè)計(jì)的完成

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的應(yīng)用過程中，需要在選擇可靠度較高的結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型與優(yōu)化設(shè)計(jì)計(jì)算方法的基礎(chǔ)上，完成對(duì)運(yùn)算速度快及功能齊全的綜合程序的編寫。

4.優(yōu)化設(shè)計(jì)方法的結(jié)果分析

在執(zhí)行上述步驟的過程中，要考慮到各個(gè)方面所存在的問題。因?yàn)榉课萁ㄔO(shè)本身是一項(xiàng)耗資龐大的建筑工程，在建設(shè)過程中，其所涉及到的環(huán)節(jié)都比較復(fù)雜，所以需要對(duì)其進(jìn)行總體的規(guī)劃與考慮，不能夠?yàn)榱俗非蠼档统杀径鲆暳嗽O(shè)計(jì)優(yōu)化工作。另外在投資控制的過程中，還需要處理好經(jīng)濟(jì)與技術(shù)之間的問題。在設(shè)計(jì)過程中，不僅需要反對(duì)單純的成本節(jié)約，不重視技術(shù)的要求，還需要反對(duì)只重視技術(shù)提升，而不進(jìn)行成本節(jié)約工作。真正的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法應(yīng)該是技術(shù)提升與資金節(jié)約兩方面并重發(fā)展。

結(jié)語

在建筑工程設(shè)計(jì)過程中，需要遵循美觀、適用、經(jīng)濟(jì)、安全及便于施工這五項(xiàng)原則。這五個(gè)方面既有所重合，又存在矛盾，而最佳的設(shè)計(jì)是將這五方面做到有效的結(jié)合。因此在結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)過程中，需要我們通過不斷地實(shí)踐、探索，從而用最低的成本創(chuàng)造最大的經(jīng)濟(jì)效益，達(dá)到經(jīng)濟(jì)、適用、美觀、合理的要求。

（作者單位：自貢市新四維規(guī)劃建筑工程設(shè)計(jì)有限公司）