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        優(yōu)化技術(shù)在土建結(jié)構(gòu)工程設(shè)計中的應用分析

        2017-01-01 00:00:00李圣江

        【摘要】結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化不僅要滿足傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計的安全性要求, 而且還具有審美實用的特點, 降低了建筑物的造價成本, 并使其具有更優(yōu)的經(jīng)濟效益。結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化使得土建結(jié)構(gòu)的設(shè)計方案、 設(shè)計決策更為科學化,提高對于土建結(jié)構(gòu)的安全性能和抗震性能的要求, 有效把土建結(jié)構(gòu)的安全實用與經(jīng)濟美觀相統(tǒng)一,提高土建結(jié)構(gòu)的設(shè)計水平。

        【關(guān)鍵詞】優(yōu)化技術(shù);土建結(jié)構(gòu);設(shè)計

        1、土建結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的方法

        1.1分析土建結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的方法

        結(jié)構(gòu)分析是結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要內(nèi)容之一,主要是計算出結(jié)構(gòu)在各種作用下的效應。在實施過程中,還應該按照一切從實際出發(fā)的原則,結(jié)合具體工程的實際情況,圍繞以建筑的綜合經(jīng)濟效益為目標進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計。進行結(jié)構(gòu)方案設(shè)計時,應在滿足建筑設(shè)計意圖后,盡量使平面布置規(guī)則,縮小剛度和質(zhì)量中心的差異,這樣水平荷載就不會使建筑物有太大的扭轉(zhuǎn)作用。豎直方向上應避開使用轉(zhuǎn)換,使力的傳遞更直接高效,減少應力集中現(xiàn)象。

        1.2計算模型

        計算模型的確定是結(jié)構(gòu)分析的核心環(huán)節(jié),它不但包括合理選擇計算簡圖和計算理論,還有荷載的確定與參數(shù)的選定,這是結(jié)構(gòu)分析與優(yōu)化的重點和難點。設(shè)計師在繪制施工圖時,會以此為依據(jù)。在優(yōu)化設(shè)計過程中,梁柱重疊區(qū)域是否定義為剛域;連梁剛度折減系數(shù);梁扭矩折減系數(shù);梁彎矩放大系數(shù);連梁剛度折減系數(shù);柱、墻及基礎(chǔ)是否考慮了活荷載的折減等諸類參數(shù)的選定對整個項目的計算結(jié)構(gòu)有著很大的影響。為了項目有更好的經(jīng)濟效益,設(shè)計院、甲方相關(guān)技術(shù)人員、圖審專家可以就此事提前介入討論,明確一個合理的思路,為日后施工圖設(shè)計提供一個明確的方向,既避免了設(shè)計的反復,也給開發(fā)商帶來了可觀的經(jīng)濟效益。

        2、優(yōu)化技術(shù)在土建結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應用

        2.1 土建結(jié)構(gòu)的整體優(yōu)化方法

        土建結(jié)構(gòu)設(shè)計中的結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化關(guān)鍵表現(xiàn)在土建的整體構(gòu)造與土建的部分構(gòu)造的設(shè)計優(yōu)化。當對于土建結(jié)構(gòu)的部分優(yōu)化有許多方面,這些方面不單單需要建筑設(shè)計者應用自己所學的精心設(shè)計,還得思考到適用功能與造價等問題。在設(shè)計優(yōu)化的時候,一定要實施實地的考察,結(jié)合現(xiàn)實狀況對建筑實施設(shè)計優(yōu)化。對于土建結(jié)構(gòu)的整體性優(yōu)化而言,優(yōu)化好的土建結(jié)構(gòu)要保證整體牢固,假如出現(xiàn)突發(fā)情況,可以把損失降到最低或者沒有,這樣的土建結(jié)構(gòu)優(yōu)化出來是最好的。所以在設(shè)計優(yōu)化整體的時候,需要可以思考各類也許會發(fā)生的情況。在房屋構(gòu)造的構(gòu)建材料鋼筋是降低地震破壞力的關(guān)鍵材料,所以對于鋼筋和鋼筋的接頭間距要嚴格依照相關(guān)部門的規(guī)定構(gòu)建, 這樣才可整體對土建結(jié)構(gòu)實施設(shè)計優(yōu)化。

        2.2建立優(yōu)化結(jié)構(gòu)相關(guān)模型

        在對土建結(jié)構(gòu)設(shè)計中,要充分對土建結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法進行使用。在具體實施的過程中,可以從三個步驟來實現(xiàn)最終的設(shè)計優(yōu)化目的。

        (1)對設(shè)計變量的選擇。在進行設(shè)計變量的選擇過程中,要對影響土建結(jié)構(gòu)的相關(guān)參數(shù)進行系統(tǒng)的研究分析,并進行綜合考慮選擇。將對土建結(jié)構(gòu)影響的參數(shù)作為當前模型中的設(shè)計變量,這些變量主要包含損失的期望值以及結(jié)構(gòu)的過后家和約束控制的相關(guān)參數(shù)等,最大程度的保證設(shè)計便變量選擇的合理性。

        (2)確定目標函數(shù)。在進行實際優(yōu)化的過程中,除了對必要的參數(shù)進行選擇之外,還需要尋找到一些相關(guān)條件來實現(xiàn)對工程造價的降低,而這些條件主要包括相關(guān)土建結(jié)構(gòu)截面的具體尺寸以及鋼筋的截面積等。

        (3)確定相關(guān)約束條件。在對土建結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化過程中,要保證土建結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性以及可靠性,確保相關(guān)的設(shè)計條件能夠得到滿足。而設(shè)計優(yōu)化過程中的約束條件主要有裂縫寬度、結(jié)構(gòu)強度、應力約束以及結(jié)構(gòu)體系約束和尺寸約束等,在進行結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中,要充分的對目標約束條件與實際情況形成對比,確保約束條件能夠滿足相關(guān)的規(guī)定要求,從而力求設(shè)計達到最佳。

        2.3選擇合理的優(yōu)化計算方案

        在進行方案設(shè)計的過程中,設(shè)計者要充分考慮當前的施工過程中的內(nèi)部和外部環(huán)境,確保各種因素能夠在可行的范圍之內(nèi)。借助對約束條件以及非線性優(yōu)化問題等的具體研究和分析,在計算方案之中選取最適合當前施工狀況的方案,從而確保方案設(shè)計更具有合理性。而在對設(shè)計方案進行優(yōu)化的方法選擇中,拉氏乘子法、復合形法以及 Powcll 法使用相對較為頻繁。

        2.4對程序問題進行設(shè)計優(yōu)化

        在對土建結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化過程中,通過確定設(shè)計變量以及目標函數(shù)和約束條件從而實現(xiàn)對計算方法的合理選擇,最終不斷的實現(xiàn)對土建結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化活動。而在優(yōu)化過程中,還需要對對相關(guān)程序進行創(chuàng)新設(shè)計,以便于能夠更好的對設(shè)計過程中出現(xiàn)的任何一個問題進行運算,確保設(shè)計方案的合理性。

        2.5結(jié)果分析

        在進行計算的過程中,要對計算結(jié)果的合理性進行再次的分析研究,最終來選取適合相關(guān)土建結(jié)構(gòu)設(shè)計的方案。在方案選取的過程中,要對能夠產(chǎn)生影響的諸多因素都考慮在內(nèi),并且從多角度來看待這些因素所產(chǎn)生的問題,這能夠更好的促進設(shè)計優(yōu)化的作用,從而確保設(shè)計方案的合理性以及安全性。在施工問題上,設(shè)計方案能夠更好的優(yōu)化當前資源使用的程度和效率,確保資源不被合理的浪費的同時又能夠保障相關(guān)技術(shù)支出不受縮減,其能夠起到一個整體的統(tǒng)籌作用。

        結(jié)語:

        結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化技術(shù)可以更好地實現(xiàn)土建工程的安全性,它可以使土建結(jié)構(gòu)內(nèi)部各個單元得到最好的協(xié)調(diào),可以同時滿足土建的美觀性、經(jīng)濟性和安全性,是符合建筑行業(yè)的未來發(fā)展趨勢的,但是其應用情況還不容樂觀,所以要對其進行應用和研究。

        參考文獻:

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