寇鵬承德天一建筑設(shè)計(jì)院有限公司

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)的應(yīng)用研究

寇鵬
承德天一建筑設(shè)計(jì)院有限公司

經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和時(shí)代發(fā)展步伐的加快使得各行各業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)壓力都越來(lái)越激烈，建筑行業(yè)也不例外。市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)壓力使得建筑企業(yè)開(kāi)始關(guān)注建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的相關(guān)內(nèi)容，希望通過(guò)優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使得建筑成品能具有更好的使用性和安全性，進(jìn)而為企業(yè)在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中爭(zhēng)得一席之地。再加上建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也是建筑設(shè)計(jì)中的主要內(nèi)容，其在建筑設(shè)計(jì)工作中占據(jù)很大的比例，由此可見(jiàn)，做好結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)很有必要。基于此，文章重點(diǎn)研究了建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)應(yīng)用的有關(guān)內(nèi)容，僅供參考。

建筑結(jié)構(gòu)；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；優(yōu)化技術(shù)；應(yīng)用

引言

在人們生活水平不斷提高的社會(huì)背景下，人們對(duì)建筑產(chǎn)品的要求內(nèi)容越來(lái)越嚴(yán)格，早已不是以往的基本居住需求了，更多的是開(kāi)始關(guān)注建筑的質(zhì)量和外觀(guān)美觀(guān)性，與此同時(shí)還提出了一定的環(huán)境要求，面對(duì)這樣的形式，建筑企業(yè)開(kāi)始重視對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)的應(yīng)用，該項(xiàng)內(nèi)容是現(xiàn)階段很多建筑企業(yè)重點(diǎn)研究的內(nèi)容，建筑企業(yè)希望通過(guò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)提高建筑的實(shí)用性和美觀(guān)性，進(jìn)而提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)利益，可見(jiàn)未來(lái)幾年甚至更長(zhǎng)遠(yuǎn)的一段時(shí)間內(nèi)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)都將是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員重點(diǎn)研究和應(yīng)用的內(nèi)容。

一、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)應(yīng)用的意義

第一，出于對(duì)用地面積的考慮。近年來(lái)我國(guó)用地緊張的問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)重，所以很多建筑企業(yè)在施工中一直在尋找既能節(jié)約土地又能滿(mǎn)足居住者需求的方式。長(zhǎng)久以來(lái)很多人都認(rèn)為高層建筑能解決這樣的問(wèn)題，其實(shí)這種觀(guān)念不完全正確，因建筑施工一定要考慮建筑間距離，特別是高層建筑密集的地方更應(yīng)控制好這種距離，這樣保障樓層的穩(wěn)定性和采光性能。樓層高相鄰建筑的間距就變大，所以在設(shè)計(jì)中要綜合考慮樓層和地面面積的關(guān)系，這中間肯定有平衡點(diǎn)，通過(guò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)就能得到最佳方案，以此保障地面面積的最佳利用率。第二，出于對(duì)建筑層數(shù)的考慮。通常建筑樓層越高，地基承受的應(yīng)力必然就會(huì)越大，此時(shí)為提高建筑結(jié)構(gòu)的安全性就一定要加固地基結(jié)構(gòu)，這樣就導(dǎo)致地基總成本變多，但是分?jǐn)偟矫繉訕?，其成本卻未降低，所以在樓層設(shè)計(jì)中就一定也有平衡點(diǎn)，在樓層高度是某一值時(shí)成本最低，這就需要通過(guò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)來(lái)尋找。事實(shí)上，這樣的原理不僅是適用于樓層高度，在柱高、墻體高度等設(shè)計(jì)內(nèi)容中也能應(yīng)用。

二、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)的應(yīng)用

1、建立結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化模型

建立結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)模型中需要重點(diǎn)把握以下三點(diǎn)內(nèi)容：第一，合理選擇設(shè)計(jì)變量。在選擇變量時(shí)，主要把影響結(jié)構(gòu)本身的參數(shù)作為變量。比如嚴(yán)格控制損失期望值、造價(jià)值、結(jié)構(gòu)可靠等。對(duì)那些相對(duì)影響比較小的，或者變化范圍比較小的參數(shù)，可由預(yù)定式參數(shù)表示，這樣就能減少設(shè)計(jì)和計(jì)算數(shù)量，進(jìn)而減少編程工作量，進(jìn)一步提高工作效率。第二，確定目標(biāo)函數(shù)。在建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程中一定要找到符合規(guī)定條件的鋼筋截面面積，還要找到已失效的概率函數(shù)，這樣就能保證整體造價(jià)最少。第三，確定約束條件。在結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程中一定要保障結(jié)構(gòu)的可靠性，合理確定和優(yōu)化設(shè)計(jì)中的有關(guān)約束條件。這里的約束條件主要是裂縫寬度約束、強(qiáng)度約束以及構(gòu)件約束等。在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，要對(duì)比目標(biāo)約束條件和實(shí)際約束，保證每個(gè)約束條件都能滿(mǎn)足整體工程要求，保障優(yōu)化效果的最佳化。

2、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化是非線(xiàn)性問(wèn)題，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化涉及的約束條件和變量非常多。在具體的優(yōu)化設(shè)計(jì)中，可使用無(wú)約束條件代替有約束條件，然后再進(jìn)行計(jì)算，在這個(gè)過(guò)程中可以使用拉氏乘子法及Powell等。在完成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化后，還要編制對(duì)應(yīng)的運(yùn)算程序，這樣就能得到最優(yōu)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。

3、概念設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)

應(yīng)用優(yōu)化技術(shù)時(shí)不能全部依賴(lài)計(jì)算機(jī)軟件，最科學(xué)的方法是把計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)和人工設(shè)計(jì)融合在一起應(yīng)用，以此發(fā)揮概念設(shè)計(jì)的功能。比如在材料優(yōu)化選擇中就需要結(jié)合各材料的特點(diǎn)進(jìn)行人工選擇，設(shè)計(jì)參數(shù)上也要按照設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行優(yōu)化，而不是僅依賴(lài)計(jì)算機(jī)。這點(diǎn)主要是因計(jì)算機(jī)雖能對(duì)計(jì)算設(shè)計(jì)各種數(shù)據(jù)，但是其不能按照具體需要設(shè)計(jì)出符合實(shí)際要求的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，所以一定要靈活運(yùn)用計(jì)算機(jī)，且最終設(shè)計(jì)還是要依靠設(shè)計(jì)人員用概念設(shè)計(jì)技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)共同完成。

4、優(yōu)化技術(shù)的具體應(yīng)用

安全性是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的重要內(nèi)容，其也是最基本的要求，只有保障了結(jié)構(gòu)的安全性才能進(jìn)一步研究結(jié)構(gòu)的其他性能。提高建筑物安全性的關(guān)鍵在于要保障建筑結(jié)構(gòu)在遭受外部作用時(shí)還能繼續(xù)使用，同時(shí)還不能對(duì)使用者的生命財(cái)產(chǎn)安全造成危害。在具體的優(yōu)化設(shè)計(jì)中，可以由概念設(shè)計(jì)優(yōu)化增加結(jié)構(gòu)外部抵抗力，保證結(jié)構(gòu)在各種復(fù)雜環(huán)境中都能不被影響。在這些影響因素中，地震是危害性最大的，且其還不能預(yù)測(cè)具體的時(shí)間和地點(diǎn)，所以要通過(guò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)提高結(jié)構(gòu)抗震性能。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中最好把結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成對(duì)稱(chēng)形狀，以此增加結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，對(duì)稱(chēng)形狀能使荷載受力更均勻，還能增加建筑延性，同時(shí)減小結(jié)構(gòu)危險(xiǎn)截面，提升抗震性能。遇到強(qiáng)震，損傷更大，此時(shí)可利用多層設(shè)防措施減少破壞，這樣地震先作用的是次要構(gòu)件，主要構(gòu)件就能保證穩(wěn)定性，主要構(gòu)件還能保護(hù)次要構(gòu)件，以此減輕地震破壞。

三、結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)應(yīng)用時(shí)需要注意的問(wèn)題

第一，注意前期技術(shù)優(yōu)化。前期的方案對(duì)整個(gè)工程影響很大，所以應(yīng)該加以重視。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)要深入到前期方案中?，F(xiàn)階段很多建筑前期方案中都沒(méi)有考慮優(yōu)化技術(shù)，但實(shí)際上優(yōu)化技術(shù)應(yīng)該從前期到結(jié)束都有涉及。若在前期方案中融入優(yōu)化技術(shù)則可以解決一些結(jié)構(gòu)性問(wèn)題，以此節(jié)約工程成本，此時(shí)只需要考量一些重點(diǎn)因素，如樓層高度和層數(shù)等。第二，在結(jié)構(gòu)細(xì)部中的應(yīng)用。建筑主體結(jié)構(gòu)非常重要，但細(xì)部結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)也是很重要，只有保證基本構(gòu)件設(shè)計(jì)合理性，才能實(shí)現(xiàn)整體結(jié)構(gòu)的優(yōu)化。比如，在矩形板澆筑設(shè)計(jì)中優(yōu)化矩形板幾何結(jié)構(gòu)，結(jié)合結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，確保矩形板能承受要求的應(yīng)力，同時(shí)澆筑中優(yōu)化設(shè)計(jì)材料比，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)堅(jiān)硬度和材料比的平衡進(jìn)行。

四、結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)是很非常重要的，而且也是很有必要的，此項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用不僅能滿(mǎn)足使用者的要求還能提高建筑企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，所以要求建筑企業(yè)應(yīng)該重點(diǎn)強(qiáng)化對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)的進(jìn)一步研究和應(yīng)用，在具體應(yīng)用中先要認(rèn)識(shí)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)應(yīng)用的意義，然后明確具體的應(yīng)用內(nèi)容，最后還要關(guān)注應(yīng)用中該注意的問(wèn)題，通過(guò)以上幾點(diǎn)提高建筑質(zhì)量，以此吸引更多的客戶(hù)，最終實(shí)現(xiàn)增加企業(yè)效益的目的。

[1]范國(guó)興.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)用研究[J].雞西大學(xué)學(xué)報(bào),2014,08:23-25.

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