建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化設(shè)計研究

高本泰 董晗

中鐵置業(yè)集團西安有限公司 陜西 西安 710000

在建筑工程當中，結(jié)構(gòu)設(shè)計是其建設(shè)過程中的重要環(huán)節(jié)之一，其設(shè)計是否合理，會對建筑質(zhì)量造成巨大的影響，針對建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計進行優(yōu)化設(shè)計，能夠為我國未來的建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計奠定基礎(chǔ)，因此，有必要針對該項內(nèi)容進行深入的研究。

1 建筑結(jié)構(gòu)當中的優(yōu)化設(shè)計流程

1.1 目標函數(shù)選擇

相關(guān)設(shè)計人員在進行建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計時，必須要對建筑結(jié)構(gòu)當中的目標函數(shù)加以確定，例如，建筑結(jié)構(gòu)的面積參數(shù)、安全指標，建筑材料的具體情況等，對優(yōu)化設(shè)計所需的工程造價進行準確的計算，設(shè)計人員應該對工程造價的方式進行選擇和判斷，在確保質(zhì)量標準的前提下，對造價最低的設(shè)計方案加以選擇，從而對建筑工程的造價進行有效的控制。

1.2 變量選擇

在目標函數(shù)選擇完成以后，設(shè)計人員應該對建筑結(jié)構(gòu)當中的變量進行選擇。所謂變量選擇，主要是指設(shè)計人員對設(shè)計過程中可能會造成影響的因素進行分析，例如，成本變量、重量變量以及剛度變量等，對影響較大的因素加以選擇，并對其進行準確的計算和有效的控制，從而將變量選擇的作用充分地發(fā)揮出來，在對建筑結(jié)構(gòu)進行設(shè)計的過程中，對變量因素進行正確的選擇，會對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計當中的各項內(nèi)容造成直接的影響[1]。

1.3 約束條件選擇

從可靠性入手對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計進行優(yōu)化和創(chuàng)新，需要對建筑結(jié)構(gòu)中的約束條件及定量內(nèi)容進行判定，將約束條件限制在相關(guān)工程標準的范圍當中，使建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計成為可能，例如，建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計人員在對結(jié)構(gòu)強度、尺寸及應力大小等約束條件加以判斷時，應該結(jié)合建筑結(jié)構(gòu)的具體情況加以選擇，使建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計能夠具備更高的科學性和規(guī)范性。

2 推動建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計實現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計的具體措施

2.1 對拓撲優(yōu)化措施加以應用

通過研究我國建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計當中的問題發(fā)現(xiàn)，目前我國的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計在優(yōu)化與創(chuàng)新方面具有非常迫切的需求，設(shè)計人員在進行結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中，應該對拓撲優(yōu)化方法加以應用，目前這種優(yōu)化方法有很多種，例如程耿東提出的松弛法、以遺傳算法為基礎(chǔ)的拓撲優(yōu)化等，具體是通過建筑結(jié)構(gòu)的理想化分布以及剛度條件分析，將具有結(jié)構(gòu)優(yōu)化功能的材料離散成體單元或是殼單元，結(jié)合相關(guān)算法對結(jié)構(gòu)當中的單元去留加以決定，保留的單元即可作為最終的優(yōu)化方案，以此來達到優(yōu)化的目的，對建筑結(jié)構(gòu)的質(zhì)量進行全面的提升，利用拓撲設(shè)計對結(jié)構(gòu)重量進行有效的控制，提升機構(gòu)設(shè)計的性能要求，使建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的方法更具概念性和邏輯性，使設(shè)計人員能夠在建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化分布形式的探索當中，對建筑本身經(jīng)濟效益進行有效的挖掘。

2.2 外形優(yōu)化設(shè)計

當前階段，我國在建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計方面需要進行有效的創(chuàng)新與優(yōu)化，在進行具體設(shè)計的過程中，設(shè)計人員應該對外形優(yōu)化措施加以應用，以固有截面優(yōu)化措施為基礎(chǔ)，適當?shù)恼{(diào)整建筑的內(nèi)部形狀和結(jié)構(gòu)框架，使設(shè)計的完善性得到有效的提升，以此來保證建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計質(zhì)量。

在進行建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計時，必須要對建筑的具體情況加以了解，結(jié)合目前建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方面的相關(guān)標準，對初步設(shè)計方案進行有效的修改，對外形優(yōu)化設(shè)計的方法加以應用，應該按照建筑設(shè)計的相關(guān)標準對結(jié)構(gòu)外形特征進行劃分，在設(shè)計當中，主要應用連續(xù)性結(jié)構(gòu)設(shè)計和桿系結(jié)構(gòu)設(shè)計，其中，桿系形式的外形設(shè)計，需要對建筑結(jié)構(gòu)當中的節(jié)點坐標選擇保持重視，并將其作為設(shè)計中的變量因素，使外形優(yōu)化設(shè)計中的各項要求能夠得到有效的滿足。

2.3 截面優(yōu)化

對于建筑結(jié)構(gòu)而言，其結(jié)構(gòu)的細節(jié)設(shè)計是保證建筑安全。穩(wěn)定的關(guān)鍵內(nèi)容，建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計人員在對建筑截面進行處理的過程中，必須要對截面結(jié)構(gòu)的安全性及穩(wěn)定性進行全面的考慮，確保截面部位運算的科學性和準確性，使截面設(shè)計的各項要求得到滿足，在對建筑截面的設(shè)計實施優(yōu)化設(shè)計時，設(shè)計人員應該對設(shè)計的準確性進行增強，并根據(jù)計算數(shù)據(jù)完成各項操作活動，使建筑截面具有良好的穩(wěn)固性，使建筑使用壽命得到有效的保障[2]。

3 建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的注意事項

3.1 對優(yōu)化的層次性保持重視

在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計當中，優(yōu)化設(shè)計體現(xiàn)在很多方面都有體現(xiàn)，在對結(jié)構(gòu)進行整體優(yōu)化的過程中需要對結(jié)構(gòu)設(shè)計中的復雜性和層次性保持重視，特別是建筑體系、安裝設(shè)計體系以及結(jié)構(gòu)體系等方面的內(nèi)容，要進行重點的關(guān)注，設(shè)計人員要通過下屬體系的優(yōu)化設(shè)計，使工程當中的疊加目標得以實現(xiàn)。

3.2 對剪力墻結(jié)構(gòu)的布局進行優(yōu)化

在針對建筑上部結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設(shè)計的過程中，需要對剪力墻布局的科學性保持重視，確保剪力墻具有較為均勻的質(zhì)量，同時還要對樓層平面剛度及結(jié)構(gòu)中心的結(jié)合加以關(guān)注，這樣能夠有效降低外部因素對建筑結(jié)構(gòu)的影響，包括地震、風力等影響因素，如果建筑類型允許，可以使用大開間剪力墻結(jié)構(gòu)，并增加墻肢長措施，以此來提升剪力墻的剛度需求[3]。

3.3 對設(shè)計的協(xié)調(diào)性保持注意

在對建筑進行結(jié)構(gòu)設(shè)計時，應用優(yōu)化設(shè)計方法，需要對各方面的協(xié)調(diào)性加以保證，有效強化建筑平面及結(jié)構(gòu)之間的配合，在對結(jié)構(gòu)設(shè)計當中的柱體和墻體進行設(shè)置的過程中，要保證布置能夠滿足建筑平面功能的具體需求，使建筑的內(nèi)部空間得到保障，在結(jié)構(gòu)設(shè)計當中，應該體現(xiàn)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的簡潔化，這種簡潔化不管是在高度上還是在界面上都應有所體現(xiàn)。

3.4 重視結(jié)構(gòu)設(shè)計的系統(tǒng)化

對屋頂和圍護系統(tǒng)進行優(yōu)化設(shè)計的過程中，需要對多個方面的內(nèi)容進行考慮，包括建筑的造價、選型和布局都要進行具體的分析，在確保結(jié)構(gòu)設(shè)計能夠滿足功能需求的同時，確保承重結(jié)構(gòu)的貫通，使結(jié)構(gòu)設(shè)計更具備較高的對稱性。

4 結(jié)束語

綜上所述，在對建筑結(jié)構(gòu)實際進行優(yōu)化設(shè)計時，一定要對有效的優(yōu)化方法加以選擇，使建筑結(jié)構(gòu)的使用性能能夠充分地發(fā)揮出來，并在此基礎(chǔ)上，對資金投入進行有效的控制，使建筑的各項效益可以充分地發(fā)揮出來。

[1] 邵西順.建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化設(shè)計新方法探析[J].河南建材,2016,8(5):125-126.

[2] 葉發(fā)茂.淺談建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計[J].中國高新技術(shù)企業(yè),2015,4(16):112-113.

[3] 周元君.探析建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化設(shè)計新方法[J].環(huán)球市場,2016,6(13):242.