建筑結構優(yōu)化設計在建筑結構設計中的應用

劉蓓蓓 侯紅偉

摘要：隨著我國社會經(jīng)濟水平的飛速發(fā)展，人們的生活水平不斷提高，生活質(zhì)量越來越好。在這樣的大環(huán)境下，我們對于建筑的要求也在隨之提升。因此，建筑結構設計的優(yōu)化應運而生。為了能夠滿足人們的需求，施工單位需要對建筑建構設計進行合理的優(yōu)化和完善，科學的分配資源，保證施工的質(zhì)量和效率。在本文中，筆者將針對建筑結構優(yōu)化設計在建筑結構設計中的應用進行簡單的探討。

關鍵詞：建筑結構設計;優(yōu)化設計;應用

1、優(yōu)化設計方法及作用

一般來說，建筑結構中的優(yōu)化設計主要分為兩個方面，分別是結構總設計和局部結構設計?？傇O計的優(yōu)化包括建筑基礎結構方案設計的優(yōu)化、頂部系統(tǒng)方案設計的優(yōu)化、外圍護欄結構方案的優(yōu)化以及細部設計的優(yōu)化。無論是哪個部分的優(yōu)化，在進行設計的時候都需要充分的從整體考慮，選型、布置、受力、造價都是我們所需要著重考慮的因素，這些因素會直接關系整體建筑結構的優(yōu)化效果。實際上，建筑結構優(yōu)化設計并沒有固定的方法，在面對不同的優(yōu)化對象時，施工單位應當結合實際情況，選擇與之相符的優(yōu)化設計方法，讓優(yōu)化設計的效果達到最佳。

對建筑結構進行優(yōu)化設計，作用涉及到了多個層面。隨著人民生活水平的提高，大家對于生活環(huán)境以及工作環(huán)境的要求也越來越高，因此，建筑結構優(yōu)化設計能夠為人們帶來更加舒適的生活和工作環(huán)境，這是其一。對建筑進行結構優(yōu)化設計，能夠有效的提高建筑結構整體的穩(wěn)定性和可靠性，這樣一來建筑結構的功能就能夠更加強大，使用壽命能夠更長，這是其二。與傳統(tǒng)的建筑結構相比，經(jīng)過優(yōu)化設計的建筑結構在建設過程當中會采用更新的技術，實現(xiàn)建筑材料利用率最大化，在增強其功能的同時，還能夠有效地節(jié)約成本，提高建筑企業(yè)的經(jīng)濟效益，這是其三。

2、建筑結構設計優(yōu)化的組成部分

（1）計算方案

在建筑結構的優(yōu)化設計過程當中，存在許多復雜多樣的問題，比如說多變量、多約束的非線性優(yōu)化問題等等。這些問題的存在都會影響建筑結構優(yōu)化設計的效果。所以說，在施工過程當中，我們通常需要將有約束性的優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化成沒有約束性的問題來進行解決，盡可能的避免優(yōu)化設計中存在的問題為我們帶來不利影響?？偟膩碚f，優(yōu)化設計過程當中的計算方案必須要是最優(yōu)秀的，要提前對各種問題進行計算解決，保證優(yōu)化設計過程的流暢性。

（2）設計變量

簡單來說，設計變量是建筑結構優(yōu)化模型中的一種組成部分，通常指的是對設計要求起主要影響作用的參數(shù)。一般而言，我們會將那些對于設計要求影響較小的，或者變化范圍不大的能夠滿足設計要求的參數(shù)作為預定參數(shù)。確定了預定參數(shù)之后，能夠有效地減少后續(xù)設計和計算的工作量，進而提高優(yōu)化設計的工作效率。

（3）目標函數(shù)

為了能夠使優(yōu)化設計的總費用降到最低，施工單位應注重確定恰當?shù)哪繕撕瘮?shù)。在確定目標函數(shù)時，需要選擇符合約定條件的一組截面幾何尺寸，還要確定建筑鋼筋截面幾何失效概率。將這些目標函數(shù)確定之后，就能夠有效地減少費用的使用，進而達到提高建筑企業(yè)經(jīng)濟效益的目的。

（4）約束條件

約束條件可以分為兩種類型，分別是實際中的約束條件和目標約束條件。在對建筑結構進行優(yōu)化設計的時候，為了能夠讓結構優(yōu)化設計應用在實際的建筑工程當中，我們應當將實際約束條件和目標約束條件進行綜合的比較，保證這兩類約束條件都能夠符合行業(yè)規(guī)范的要求。在確定約束條件范圍的時候，要從正常使用狀態(tài)下的彈性約束力到最終狀態(tài)下的彈塑性約束力，或者從可靠指標約束里到確定性約束力等范圍來進行全面的考慮。

（5）結果分析

建筑設計所涉及到的投資方面比較復雜，為了能夠在保證建筑質(zhì)量的同時將利益最大化，我們必須要從整體進行考慮，不能夠為了節(jié)約資金而忽略設計優(yōu)化的作用。所以說，在設計優(yōu)化的過程當中，應當對計算方案的結果進行全面系統(tǒng)的分析，然后以分析得來的數(shù)據(jù)為依據(jù)來確定最優(yōu)設計結果?？偠灾?，設計的過程當中不能夠片面地強調(diào)節(jié)約，也不能過分的這樣資金投入到技術方面，要根據(jù)實際情況讓項目在達到功能傾向的同時，盡可能的降低費用，避免浪費。

3、建筑結構優(yōu)化設計在建筑結構設計中的應用

（22ec20ebeec9caea79f8439ea530711a1）建筑結構工程師的積極參與

眾所周知，對一個實際的建筑結構施工進行優(yōu)化設計，不僅能夠降低不必要的浪費，節(jié)約建筑成本，還能夠有效地提高建筑的適用性，加強建筑的功能性。所以，我們必須要按照結構設計優(yōu)化的方法和模型結構優(yōu)化設計去進行實踐，提前確定能夠影響建設總體的投資計劃。在實際的建筑過程當中，經(jīng)常會出現(xiàn)這樣的一種漏洞，早期的程序設計者并沒有參與到建筑結構設計優(yōu)化的過程之中。也就是說，當確定建筑方案以及各種計劃之后，程序設計者們才開始開展結構優(yōu)化設計工作。這種漏洞會對建筑設計的結果有較大的影響。

（2）對實際建筑結構問題的處理

建筑結構設計優(yōu)化設計是一個復雜的過程，在這個過程當中可能會存在各種各樣的問題，影響結構設計優(yōu)化設計的效果和進度。如果說結構優(yōu)化設計的手法不得當，那么不僅無法達到應有的優(yōu)化效果，反而還會對原有的建筑結構進行一定的破壞，甚至影響整個結構的穩(wěn)定性和安全性。在建筑結構設計優(yōu)化設計過程當中遇到一些問題是難免存在的，我們需要對這些問題進行及時的解決。對于在這個過程中所存在的安全隱患，應當予以高度的重視，并根據(jù)實際情況制定出有效的預防措施，盡可能的減少安全隱患對建筑物的影響和破壞?？偟膩碚f，在優(yōu)化設計過程當中要對結構設計進行充分的考慮，尤其是要注重其安全性和抗震性能，盡可能的保證在降低工程造價的同時提高經(jīng)濟收益，保障建筑結構整體的安全性。

（3）各單位之間積極配合

建筑結構優(yōu)化設計是指在滿足各種規(guī)范和特定要求的條件下，使得建筑結構的某種指標達到最佳的設計方法。因此，這項工作復雜程度較高，在設計的過程當中會涉及到多個單位，各單位之間只有積極地協(xié)調(diào)與合作，才能夠促進優(yōu)化設計的進行和發(fā)展。具體來說，建筑結構優(yōu)化設計會涉及到建設單位、機電安裝等施工單位以及管理單位。這些單位之間應當相互配合，大家共同商討出理想的方案和對應的措施，并在實際的工作當中盡力協(xié)調(diào)，積極的接受安排，各自負責，有效交流和溝通。只有這樣，才能夠確保這項工作的順利開展，確保結構優(yōu)化能夠達到最佳效果。

（4）結合實際情況合理優(yōu)化概念設計

在建筑結構優(yōu)化設計的過程當中，必然會涉及到概念設計。概念設計的應用特點具有不確定性，基于概念設計的方式的必要性，設計人員在進行結構優(yōu)化時要注意靈活變通，也就是說要根據(jù)實際情況來合理優(yōu)化概念設計。我們需要達到的優(yōu)化設計效果是既要考慮美觀，又要考慮實際價值和安全性能。所以要將概念設計與實際情況進行有機的融合。

總的來說，目前建筑市場對于結構優(yōu)化設計的要求就是在達到美觀的同時，提高建筑的可靠性和安全性，保證建筑的性能。為了能夠達到這樣的要求，我們必須要靈活的運用結構設計優(yōu)化技術，根據(jù)實際情況來確定合理的優(yōu)化設計手段，以便于在安全的基礎之上開展局部調(diào)整，降低工程造價，提高建筑質(zhì)量，促進企業(yè)健康發(fā)展。

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