王浩

摘 要：文章就建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的重要意義進(jìn)行分析，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的具體內(nèi)容進(jìn)行闡述，并提出建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的一些方法，旨在為建筑行業(yè)相關(guān)人員提供參考。

關(guān)鍵詞：建筑結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)；優(yōu)化設(shè)計(jì)；分析

1 建筑設(shè)計(jì)優(yōu)化的重要意義

使用合理的優(yōu)化方法，對(duì)建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，既能降低整個(gè)工程的造價(jià)，還能提升建筑的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，從而能夠有效提升建筑的經(jīng)濟(jì)效益。

1.1 使工程的造價(jià)降低

建筑工程結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)在會(huì)充分的考慮到現(xiàn)行階段的建筑行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)來(lái)進(jìn)行剖析，根據(jù)現(xiàn)行的建筑特點(diǎn)來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，如當(dāng)前的高層建筑和高層的住宅偏多，因此其層數(shù)很多，在建筑用地面積不變的情況下建筑總面積很大，在面對(duì)高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，為了節(jié)省用地，會(huì)將建筑物的房頂進(jìn)行細(xì)致的規(guī)劃，可以保證整個(gè)工程的總造價(jià)降低，節(jié)約成本。

1.2 能夠提高建筑結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)效益

建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)需要保證到建筑工程的經(jīng)濟(jì)效果，隨著建筑的層數(shù)的增加，高度也會(huì)增加，與其相關(guān)的墻體面積、柱體面積及配套的設(shè)施如管道等都會(huì)增加很多，層數(shù)比較少或者高度比較低時(shí)相應(yīng)的建筑就會(huì)節(jié)省一些這樣的荷載。同時(shí)，高度越高的建筑，相鄰之間的距離也會(huì)比較遠(yuǎn)，這樣不利于節(jié)省用地開(kāi)支的目標(biāo)實(shí)現(xiàn)，如果讓建筑的總高度下降，那各建筑之間的距離也會(huì)靠的近一些，這樣可以節(jié)約用地。另外，相同面積的建筑之間，建筑的平面形狀不同會(huì)使得其周長(zhǎng)不同，越規(guī)則的平面形狀其周長(zhǎng)會(huì)小一些，并且能夠提高其荷載的性能，增強(qiáng)了建筑的質(zhì)量。優(yōu)化創(chuàng)新后的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相較于傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)，能夠有效降低建筑的總造價(jià)，能夠有效的提高建筑結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)效益。

2 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的具體內(nèi)容

建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的內(nèi)容可以分為目標(biāo)函數(shù)選擇、變量選擇、約束條件選擇三個(gè)步驟，每一個(gè)步驟都涉及到建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的一個(gè)方面的內(nèi)容。

2.1 目標(biāo)函數(shù)選擇

確定建筑結(jié)構(gòu)的目標(biāo)函數(shù)是建筑設(shè)計(jì)人員對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化創(chuàng)新設(shè)計(jì)時(shí)的第一步，通過(guò)采用相應(yīng)的技術(shù)與辦法，以建筑的面積的參數(shù)以及建筑可以達(dá)到的安全標(biāo)準(zhǔn)為前提，結(jié)合建筑建設(shè)所用的建筑材料等進(jìn)行系統(tǒng)的規(guī)劃和計(jì)算，要保證相關(guān)的參數(shù)在計(jì)算的過(guò)程中要滿足相關(guān)的需求。合理科學(xué)地選擇建筑的工程造價(jià)模式是建筑設(shè)計(jì)相關(guān)人員在建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程中必須要進(jìn)行的工作，要盡量?jī)?yōu)化建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在保證建筑質(zhì)量的前提下，降低工程的總體造價(jià)。

2.2 變量選擇

建筑工程的設(shè)計(jì)階段，除了對(duì)建筑工程優(yōu)化設(shè)計(jì)的目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行正確的選擇，還要對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的進(jìn)行變量選擇，變量的選擇對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)也是至關(guān)重要的。變量選擇，顧名思義就是對(duì)影響建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的各種會(huì)變化的因素進(jìn)行分析和選擇，并研究其中會(huì)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)造成的影響最大的一個(gè)因素，然后在實(shí)際的設(shè)計(jì)過(guò)程中，對(duì)其進(jìn)行評(píng)估計(jì)算以及控制其影響程度，以發(fā)揮建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法的作用。

2.3 約束條件選擇

建筑工程是一個(gè)復(fù)雜而又系統(tǒng)的工程，因此在實(shí)際的設(shè)計(jì)過(guò)程中，受許多約束條件所影響，在對(duì)建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，必須要考慮到建筑工程的約束條件、對(duì)約束條件的準(zhǔn)確判斷，能夠?qū)崿F(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的最大化。比如，在建筑設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員對(duì)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、尺寸、應(yīng)力等等因素所存在的約束條件進(jìn)行判斷選擇，要以建筑工程的實(shí)際情況作為出發(fā)點(diǎn)，進(jìn)行科學(xué)合理的選擇，使得建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化工作具有模范性和科學(xué)性，給建筑工程的施工打好基礎(chǔ)，提高整個(gè)工程項(xiàng)目的效率和經(jīng)濟(jì)效益。

3 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的具體措施

建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化方法，是由建筑結(jié)構(gòu)的整體設(shè)計(jì)優(yōu)化方法以及建筑結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法這兩個(gè)發(fā)面體現(xiàn)出來(lái)的。在建筑結(jié)構(gòu)整體的優(yōu)化設(shè)計(jì)中，要立足整體，全面的分析總體的數(shù)據(jù)，并相互協(xié)調(diào)，確保選出最優(yōu)的優(yōu)化方法。在細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中，要對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的各個(gè)方面進(jìn)行剖析，合理劃分為不同的部分，逐個(gè)解決相關(guān)的選型、布置、造價(jià)等幾個(gè)部分的優(yōu)化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)降低工程造價(jià)的目標(biāo)。

（1）拓?fù)鋬?yōu)化法。拓?fù)鋬?yōu)化法，就是通過(guò)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化過(guò)程中，結(jié)合建筑自身的特點(diǎn)以及實(shí)際的用途和情況，正確找到理想化的建筑結(jié)構(gòu)分布形式，全面的分析建筑結(jié)構(gòu)的剛度和其他與結(jié)構(gòu)相關(guān)聯(lián)的屬性，來(lái)減少建筑結(jié)構(gòu)自身的重量，從而提升建筑的性能。設(shè)計(jì)人員要充分掌握以及了解拓?fù)浞治龇椒ǖ膬?yōu)點(diǎn)，合理運(yùn)用拓?fù)浞治龇椒ǎ沟迷O(shè)計(jì)出來(lái)的建筑結(jié)構(gòu)擁有很強(qiáng)的邏輯性。

（2）截面優(yōu)化法。截面結(jié)構(gòu)的可靠性以及安全性是建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)相關(guān)人員必須要考慮的一個(gè)重要方面。截面結(jié)構(gòu)作為建筑結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)所在，其性能是最能體現(xiàn)出建筑的整體性能的。在實(shí)際的設(shè)計(jì)過(guò)程中，為了保證截面結(jié)構(gòu)的的可靠性與安全性，設(shè)計(jì)人員要對(duì)建筑結(jié)構(gòu)中所涉及的界面進(jìn)行準(zhǔn)確的計(jì)算，然后再進(jìn)行設(shè)計(jì)，不僅可以提升建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，還可以提高建筑的美觀程度。具體的方法有，可利用有限元方法來(lái)計(jì)算設(shè)計(jì)變量的結(jié)構(gòu)位移情況以及應(yīng)力特點(diǎn)，然后用計(jì)算設(shè)備對(duì)獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)算和分析，得出結(jié)果后，根據(jù)其需求調(diào)整，確定調(diào)整的范圍，在此范圍中再進(jìn)行區(qū)域優(yōu)化設(shè)計(jì)。

（3）外形優(yōu)化法。外形優(yōu)化是在界面優(yōu)化的基礎(chǔ)上進(jìn)行完善的，以達(dá)到更好提升建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量的目的。在對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行外形優(yōu)化時(shí)，相關(guān)人員要對(duì)建筑的整體情況掌握得很清楚，再根據(jù)我國(guó)現(xiàn)行的建筑柱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，在掌握的建筑的情況的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)。建筑結(jié)構(gòu)的外形特征就是利用外形優(yōu)化法來(lái)進(jìn)行劃分的。外形優(yōu)化方法在實(shí)際的實(shí)施過(guò)程中，通常會(huì)采用連續(xù)性結(jié)構(gòu)與桿系結(jié)構(gòu)。建筑結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)選取是桿系結(jié)構(gòu)的重要環(huán)節(jié)，節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)在選取好后，要將其作為設(shè)計(jì)的一個(gè)變量，來(lái)實(shí)現(xiàn)建筑外形優(yōu)化設(shè)計(jì)的目標(biāo)及需求。

（4）細(xì)節(jié)部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與概念設(shè)計(jì)相結(jié)合。概念設(shè)計(jì)優(yōu)化方法，是在比較缺乏詳細(xì)的相關(guān)數(shù)據(jù)的情況下進(jìn)行的。某些因素是具有不確定性的，比如地震，在對(duì)建筑的抗震能力進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，由于缺乏詳細(xì)的數(shù)據(jù)，只能通過(guò)概念設(shè)計(jì)的優(yōu)化方法，將一些存在的數(shù)據(jù)當(dāng)作輔助來(lái)進(jìn)行。同時(shí)，通過(guò)結(jié)合上訴的一些結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法，使得優(yōu)化效果更佳。另外，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)部分進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)是必須要做的工作，如現(xiàn)澆混凝土施工過(guò)程中，異形板料的彎曲部分容易開(kāi)裂是一個(gè)比較突出的問(wèn)題，對(duì)此我們將其進(jìn)行簡(jiǎn)化，然后再選擇鋼筋，這樣能有效的降低混凝土出現(xiàn)開(kāi)裂現(xiàn)象的幾率，不僅提高了經(jīng)濟(jì)效益，最重要的是滿足了建筑結(jié)構(gòu)的基本需求。

（5）對(duì)地基結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。對(duì)建筑的地基進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)也是優(yōu)化整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)的有效方法。選擇合適的方案對(duì)于地基的結(jié)構(gòu)優(yōu)化來(lái)說(shuō)很重要，例如，樁基類型的選擇，要以實(shí)際的施工情況為準(zhǔn)，并實(shí)現(xiàn)降低造價(jià)的目標(biāo)，然后以樁端持力層的厚度為參考，選擇科學(xué)合適的灌注樁長(zhǎng)度，且對(duì)不同的優(yōu)化方案進(jìn)行集中對(duì)比，盡量使得選擇的方案是最佳的。再比如，樁筏基礎(chǔ)是某建筑結(jié)構(gòu)的原有設(shè)計(jì)方案，通過(guò)把該設(shè)計(jì)利用的樁筏基礎(chǔ)改為樁基礎(chǔ)的優(yōu)化方法，設(shè)置不同的承臺(tái)，在此優(yōu)化中，在保證總的沉降值和不均勻沉降值的前提下，顧及到的是基礎(chǔ)傳力的傳遞路勁越短會(huì)越省材料的原因。與樁筏基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方案相比，樁基礎(chǔ)是一個(gè)更好的選擇。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)能夠使得建筑質(zhì)量更好、更加美觀、降低工程造價(jià)以及提升建筑的經(jīng)濟(jì)效益，在建筑行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)激烈的今天能夠提高企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力，也能夠?yàn)槿藗儙?lái)更有安全保障和質(zhì)量保障的建筑物，因此其在建筑工程中是一個(gè)很重要的環(huán)節(jié)。但在建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)在實(shí)際的實(shí)施過(guò)程中，是比較復(fù)雜的，需要多方面的出發(fā)，充分結(jié)合實(shí)際的情況選擇科學(xué)合理的方案，以實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行最佳的優(yōu)化目標(biāo)。

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