白云生

摘? ? 要：建筑是通過建筑、結(jié)構(gòu)、設(shè)備等各專業(yè)共同協(xié)作的產(chǎn)物。對于目前的住宅結(jié)構(gòu)來說，建筑結(jié)構(gòu)在設(shè)計優(yōu)化時需要注重經(jīng)濟(jì)，安全，美觀的要求。在施工過程中還應(yīng)便于施工與操作，盡最大程度提高空間的利用程度，從而實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益的最大化。通過優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計，不僅可以有效地方便施工和運營，還可以節(jié)省施工成本和減少浪費，滿足人們當(dāng)前對房屋結(jié)構(gòu)功能的需求，為人們提供更高水平的生活居住環(huán)境。

關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)設(shè)計;建筑結(jié)構(gòu);設(shè)計優(yōu)化

1? 結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的重要意義

為了達(dá)到結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的目的，工程設(shè)計人員必須在保證結(jié)構(gòu)安全的前提下，通過對建筑結(jié)構(gòu)的整體概念分析，采用合理的優(yōu)化設(shè)計理念和方法進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，使得能有效地控制工程造價，滿足投資方的經(jīng)濟(jì)性要求。通過以往的優(yōu)化設(shè)計經(jīng)驗來看，相比于傳統(tǒng)的設(shè)計方法，優(yōu)化設(shè)計通常可以達(dá)到降低工程造價5%～30%的目的。但是在實際的工程設(shè)計中，很多因素都制約了優(yōu)化設(shè)計的開展和實施。比如，工程的設(shè)計進(jìn)度的要求，使得設(shè)計人員根本無暇顧及到結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計要求;再者，由于知識水平的限制，傻瓜化的設(shè)計軟件使得部分設(shè)計人員對優(yōu)化設(shè)計的理解缺乏，更談不上有效合理的優(yōu)化設(shè)計，大部分設(shè)計人員在所謂優(yōu)化設(shè)計中總著眼于局部部位而忽略了結(jié)構(gòu)總體方案的設(shè)計，沒有從總體布局上考慮造價的控制。為此，為了降低工程造價的成本，提高設(shè)計人員在提高設(shè)計人員在實際工作中對優(yōu)化設(shè)計的認(rèn)識和重視非常必要，只有加強(qiáng)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)效益的有效結(jié)合，通過合理的優(yōu)化設(shè)計方案，才能達(dá)到創(chuàng)造更大的社會效益。

2? 關(guān)于結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的方法

2.1? 構(gòu)建優(yōu)化設(shè)計模型

結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化就是指在各種會影響到變量中的參數(shù)進(jìn)行主要的選擇，之后建立起相應(yīng)的函數(shù)模型，并運用科學(xué)合理的方法尋找最優(yōu)的結(jié)果。對結(jié)構(gòu)總體的優(yōu)化建立模型主要包括以下幾個方面：首先是對設(shè)計變量的合理選擇。一般情況下，設(shè)計變量會選擇對設(shè)計要求影響相對較大的參數(shù)，并將所涉及的參數(shù)依照各自的性能進(jìn)行區(qū)分，注意觀察參數(shù)的變化和影響，將變化較大的參數(shù)設(shè)定為預(yù)定參數(shù)，通過這種方法，能夠有效減少對編程計算的工作量。其次是需要確定目標(biāo)函數(shù)，使用函數(shù)能夠找出滿足條件的最優(yōu)結(jié)果。最后，需要對約束條件進(jìn)行確定。房屋結(jié)構(gòu)的可靠程度對結(jié)構(gòu)優(yōu)化的設(shè)計有著約束條件，包括有應(yīng)力約束、裂縫及寬度的約束、結(jié)構(gòu)尺寸約束、彈塑性約束等方面，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化的設(shè)計過程中，要注意考慮到各種約束性條件，以此來保證各個約束條件滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的要求。

2.2? 重視起結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的前期工作

結(jié)構(gòu)設(shè)計在前期的設(shè)計方案直接會影響到建筑工程的總體投資，就目前發(fā)展來看，大部分建筑企業(yè)沒有重視起結(jié)構(gòu)設(shè)計前期的方案設(shè)計階段，建筑設(shè)計人員在進(jìn)行方案的設(shè)計時，沒有考慮到所設(shè)計出的結(jié)構(gòu)是否合理可行，直接會導(dǎo)致總體建筑結(jié)構(gòu)受到影響。設(shè)計人員在設(shè)計時還需要重視方案設(shè)計的經(jīng)濟(jì)合理性，盡量減少建筑投資的增加，節(jié)約建筑成本，保證建筑的綜合效益發(fā)展。

2.3? 注重細(xì)部結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計

在注重整體設(shè)計的同時，也應(yīng)加強(qiáng)結(jié)構(gòu)局部構(gòu)件的精細(xì)設(shè)計。比如現(xiàn)澆板設(shè)計中盡量把異形板劃分為矩形板，這樣既達(dá)到合理受力的目的，也避免了拐角裂縫的出現(xiàn)。為減少柱構(gòu)件底部截面，采用高強(qiáng)度的混凝土是不錯的選擇，但是水平構(gòu)件混凝土可適當(dāng)減少混凝土的標(biāo)號，滿足了受力要求，也節(jié)約了成本。

2.4? 結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件在優(yōu)化設(shè)計中的運用

隨著計算機(jī)技術(shù)以及結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計理論的結(jié)合，基于計算仿真的優(yōu)化設(shè)計思路已經(jīng)在工程結(jié)構(gòu)設(shè)計中得到了廣泛的應(yīng)用。通過利用計算機(jī)分析軟件建立優(yōu)化設(shè)計的分析模型，采用高效的計算機(jī)優(yōu)化計算方法，設(shè)立結(jié)構(gòu)設(shè)計達(dá)到的目標(biāo)要求，最終實現(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化目的。在具體的優(yōu)化設(shè)計過程中，優(yōu)化設(shè)計實際上已經(jīng)由一個工程問題轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€數(shù)學(xué)問題。在大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計中，基于這一思想的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計方法具有其他算法無法替代的優(yōu)勢。因此，工程設(shè)計人員加強(qiáng)基于計算機(jī)技術(shù)的優(yōu)化設(shè)計分析非常必要。

3? 針對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的建議

3.1? 合理選擇房屋建筑結(jié)構(gòu)的類型

不同建筑結(jié)構(gòu)形式的房屋，對建筑結(jié)構(gòu)類型具有不同的工程造價管理。采用不同的建筑結(jié)構(gòu)形式均可以滿足該建筑的使用功能要求，但是工程造價方面卻有著較大區(qū)別，例如：一棟兩層別墅可以采用框架、剪力墻、框剪結(jié)構(gòu)等形式，但是采用框架結(jié)構(gòu)造價明顯低于剪力墻及框剪結(jié)構(gòu)，這種類型可以具有更大的開間，更靈活的布局和更低的工程成本。

3.2? 選擇最為優(yōu)化的計算程序

結(jié)構(gòu)設(shè)計計算程序是由計算機(jī)和設(shè)計理論相互結(jié)合所組成的，在結(jié)構(gòu)設(shè)計方面發(fā)揮著重要作用，推動著建筑結(jié)構(gòu)整體的發(fā)展。結(jié)構(gòu)設(shè)計計算軟件較多，如何選擇最為合理優(yōu)化的結(jié)構(gòu)計算軟件，顯得非常重要，通過選擇最為合理的計算方法，設(shè)計人員能夠在此基礎(chǔ)上進(jìn)行最優(yōu)設(shè)計，從而為工程節(jié)省造價，提高項目整體效益。

3.3? 分析相關(guān)數(shù)據(jù)，選擇最優(yōu)方案

目前在建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計實際操作中，更多的是采用在“分析與校核”基礎(chǔ)上的“綜合與優(yōu)選”方法，真正的建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計軟件還不完善。今后急需大力開展結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的應(yīng)用研究，如開展有關(guān)設(shè)計思想及優(yōu)化技術(shù)的普及工作，編制符合設(shè)計實際需要的優(yōu)化電算程序等;另一方面需要繼續(xù)深入進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的理論工作，如對多目標(biāo)優(yōu)化、結(jié)構(gòu)動力設(shè)計優(yōu)化、離散值設(shè)計變量優(yōu)化、隨機(jī)規(guī)劃和模糊規(guī)劃等課題以及模型化處理等。

4? 結(jié)語

通過本文可以看出，我國在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化技術(shù)發(fā)展還是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，必須要重視起對建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計優(yōu)化，不斷提高設(shè)計思維，積極引進(jìn)并熟練掌握優(yōu)化設(shè)計的方法，建立健全建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計方案，不斷嘗試在設(shè)計工作中應(yīng)用新的設(shè)計方式，推動房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化工作質(zhì)量和效率的提高，實現(xiàn)促進(jìn)建筑工程經(jīng)濟(jì)整體效益。

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