時(shí)間：2023-07-18 17:24:09
開(kāi)篇：寫(xiě)作不僅是一種記錄，更是一種創(chuàng)造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化，希望這些內(nèi)容能成為您創(chuàng)作過(guò)程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進(jìn)步。
【關(guān)鍵詞】結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；優(yōu)化
結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的目標(biāo)是“安全、適用、經(jīng)濟(jì)”，對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化的目的就是使有限的空間、資源效果最大化，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化工作就顯得非常的重要。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的方法就是合理的利用材料的性能，合理的利用結(jié)構(gòu)體系的受力特性，合理的結(jié)構(gòu)布置，使結(jié)構(gòu)內(nèi)部各單元得到最好的協(xié)調(diào)，達(dá)到規(guī)范所規(guī)定的安全度，并使其使用功能得到最大的滿(mǎn)足。下面將通過(guò)幾個(gè)方面對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化進(jìn)行探討，以期與廣大結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員共勉。
1 結(jié)構(gòu)整體分析
在承載各種作用的時(shí)候，建（構(gòu)）筑物總是以整個(gè)結(jié)構(gòu)體系協(xié)同工作的，結(jié)構(gòu)體系的優(yōu)劣是這個(gè)建（構(gòu)）筑物的先天基礎(chǔ)。合理的結(jié)構(gòu)體系可以在安全、經(jīng)濟(jì)、適用等方面做到更好的協(xié)調(diào)。
1.1 結(jié)構(gòu)形式的選擇及結(jié)構(gòu)布置
同一建筑方案，可以采用多種結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行設(shè)計(jì)。建筑工程常用的結(jié)構(gòu)體系有框架結(jié)構(gòu)、框架剪力墻結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)、筒體結(jié)構(gòu)等。每一種結(jié)構(gòu)形式的經(jīng)濟(jì)性都有所差別，且都有其相應(yīng)的適應(yīng)性、抗震性能。因此，設(shè)計(jì)人員在建筑結(jié)構(gòu)體系的優(yōu)化選擇過(guò)程中，要根據(jù)建筑物使用功能的要求、建筑高度的不同、場(chǎng)地條件等因素，按照經(jīng)濟(jì)合理、安全可靠的設(shè)計(jì)原則，保證結(jié)構(gòu)整體具有良好的抗震性能、足夠的承載力和剛度的前提下，選擇最合適的結(jié)構(gòu)體系。
結(jié)構(gòu)布置要求結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)者具有化繁為簡(jiǎn)、了解各種結(jié)構(gòu)特性并對(duì)其出現(xiàn)的各種狀況采取相應(yīng)措施的能力。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，在基本滿(mǎn)足建筑師設(shè)計(jì)意圖的基礎(chǔ)上，平面布置應(yīng)盡量規(guī)則、對(duì)稱(chēng)，盡量縮小質(zhì)心和剛心的距離；使建筑物在水平荷載作用下不致產(chǎn)生太大的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。豎向布置應(yīng)在滿(mǎn)足功能要求的前提下，盡量使豎向承重構(gòu)件上下貫通且豎向剛度最好不要突變，否則突變處在水平荷載作用下會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的應(yīng)力集中現(xiàn)象，這對(duì)結(jié)構(gòu)抵抗水平動(dòng)力荷載是十分不利的。
筆者設(shè)計(jì)的某值班宿舍樓，平面尺寸為7×38m，平面雖然很規(guī)則，但很狹長(zhǎng)，結(jié)構(gòu)布置的時(shí)候，做到了結(jié)構(gòu)剛心與質(zhì)心非常的接近，但計(jì)算后的結(jié)果卻不能令人滿(mǎn)意，第一周期是扭轉(zhuǎn)周期，對(duì)于結(jié)構(gòu)的抗震是非常不利的。究其原因就是結(jié)構(gòu)平面過(guò)于狹長(zhǎng)，平面剛度不足，造成兩端振動(dòng)不同步引起了扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。在增大了兩端柱截面之后，雖然第一、二周期變成了平動(dòng)周期，但第一扭轉(zhuǎn)周期與第一平動(dòng)周期的比值大于0.9。雖然抗震規(guī)范對(duì)多層建筑的周期比并不做要求，但參考高層規(guī)范的規(guī)定，比值過(guò)大的情況下結(jié)構(gòu)的抗震性能并不是很好。于是筆者在兩端墻體交接處各增加了一根柱子，使得兩端的剛度進(jìn)一步增強(qiáng)，且柱的布置不影響使用，結(jié)構(gòu)的周期比小于了0.9，而且由于結(jié)構(gòu)布置的時(shí)候剛心和質(zhì)心是非常接近的，因此結(jié)構(gòu)的抗震性能是非常好的。
1.2 功能要求
每一個(gè)建（構(gòu)）筑物都有其預(yù)定的功能要求，設(shè)計(jì)者甚至不能滿(mǎn)足其無(wú)限擴(kuò)大的功能要求，而功能要求往往也會(huì)與結(jié)構(gòu)形式產(chǎn)生沖突。當(dāng)為了更大滿(mǎn)足功能要求而不能采取更優(yōu)的結(jié)構(gòu)形式使造價(jià)增加，或者采取更優(yōu)的結(jié)構(gòu)形式使造價(jià)降低卻但限制了一些功能上的要求時(shí)，設(shè)計(jì)者應(yīng)當(dāng)與建設(shè)方協(xié)調(diào)，在功能要求和結(jié)構(gòu)形式上互相做出讓步，以確定雙方都滿(mǎn)意的結(jié)構(gòu)方案。比如框架結(jié)構(gòu)、框剪結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)、簡(jiǎn)體結(jié)構(gòu)等滿(mǎn)足使用者自由布置空間的能力是不同的，一般情況下按上述排序該能力是越來(lái)越弱的，但結(jié)構(gòu)體系的剛度卻是越來(lái)越強(qiáng)的，適用的最大高度是越來(lái)越高的。當(dāng)某建筑物的高度接近框架結(jié)構(gòu)的適用最大高度時(shí)，其結(jié)構(gòu)成本相對(duì)是比較高的，可以考慮采用框剪結(jié)構(gòu)，如建設(shè)方認(rèn)為框剪結(jié)構(gòu)影響了其功能使用，且結(jié)構(gòu)成本對(duì)其影響不大時(shí)亦可繼續(xù)采用框架結(jié)構(gòu)。但通過(guò)溝通，在采用框架結(jié)構(gòu)的同時(shí)，在不影響其功能要求的某些位置設(shè)置少量的剪力墻以加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度則不失為更優(yōu)的結(jié)構(gòu)方案。
2 改變約束條件
改變約束條件是進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的一種有效的手段。
某水廠水池，由于施工單位的失誤，池壁鋼筋產(chǎn)生嚴(yán)重的偏位，按偏位后的截面進(jìn)行復(fù)核，池壁承載力已經(jīng)不夠。筆者采用增加約束的辦法進(jìn)行處理。將池壁上部的走道板強(qiáng)化設(shè)計(jì)，作為池壁的上部約束，經(jīng)復(fù)核此情況下偏位后的鋼筋滿(mǎn)足要求。
某門(mén)式剛架廠房，筆者最初設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)剛架的底部按固端約束進(jìn)行計(jì)算，發(fā)現(xiàn)剛架的基礎(chǔ)非常大，造價(jià)很高。后經(jīng)優(yōu)化，減掉部分約束，改為鉸接，基礎(chǔ)尺寸大為減小，柱腳構(gòu)造施工難度變小，且上部構(gòu)件截面增大不多，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。
3 構(gòu)件分析
每一種結(jié)構(gòu)構(gòu)件都有其最經(jīng)濟(jì)的使用范圍，每一種截面尺寸均有其最經(jīng)濟(jì)的承載狀況。通過(guò)構(gòu)件分析進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化的目標(biāo)是使構(gòu)件的截面尺寸更合理，充分發(fā)揮材料的結(jié)構(gòu)性能。
筆者在設(shè)計(jì)水處理構(gòu)筑物的時(shí)候，通過(guò)采用通用計(jì)算軟件分析發(fā)現(xiàn)控制構(gòu)件配筋的最不利彎矩衰減得非常的快，這些在普通的靜力計(jì)算中是察覺(jué)不到的。根據(jù)這個(gè)特性，在大尺寸的池壁設(shè)計(jì)中，可以采取沿高度逐漸減小池壁厚度和逐漸減少配筋量的方法來(lái)更合理的發(fā)揮材料的性能，取得更好經(jīng)濟(jì)效益。
犧牲某些結(jié)構(gòu)構(gòu)件的部分經(jīng)濟(jì)性，達(dá)到更高的整體經(jīng)濟(jì)效益則是另一種結(jié)構(gòu)優(yōu)化的方向。例如，常規(guī)梁經(jīng)濟(jì)性最好，但嚴(yán)重影響建筑層高，尤其是在目前土地資源有限的情況下，其不一定能實(shí)現(xiàn)整體經(jīng)濟(jì)效益的最大化。寬扁梁能減少梁的截面高度，增加建筑物的凈高。在建筑物總高度限制的情況下，可以增加層數(shù)，以獲得更多的建筑面積。雖然寬扁梁在經(jīng)濟(jì)指標(biāo)上與常規(guī)梁相比并非最優(yōu)，但對(duì)比整體經(jīng)濟(jì)效益和結(jié)構(gòu)增加的投資，整體經(jīng)濟(jì)效益大時(shí)，做寬扁梁設(shè)計(jì)是個(gè)值得考慮的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方向。
4 材料選擇的優(yōu)化
結(jié)構(gòu)承載能力的載體就是材料，工程實(shí)踐證明，設(shè)計(jì)階段合理選擇建筑材料，控制材料單價(jià)或工程量，是控制工程造價(jià)的有效途徑。建筑材料應(yīng)盡量選用性?xún)r(jià)比高的高強(qiáng)度建筑材料。例如HPB300、HRB335和HRB400這三種鋼材的價(jià)格比較接近，但它們的抗拉強(qiáng)度值是270：300：360=1：1.11：1.33，可見(jiàn)采用高強(qiáng)鋼筋的性?xún)r(jià)比高。采用高強(qiáng)度鋼筋減少了用鋼量的同時(shí)，還減少了施工量，增加施工可操作性，減少了施工難度。當(dāng)柱截面由軸壓比控制導(dǎo)致尺寸過(guò)大時(shí)，可以采用更高等級(jí)的混凝土，以達(dá)到減小結(jié)構(gòu)尺寸，增加使用空間的目的。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)者可以與建筑設(shè)計(jì)者協(xié)調(diào)采用輕質(zhì)高效的建筑材料，如填充墻材料宜采用輕質(zhì)墻體，屋面采用輕質(zhì)防水材料等，這些材料的使用既可增加室內(nèi)的使用空間，也能減輕結(jié)構(gòu)自重，減小地震作用，進(jìn)而減少結(jié)構(gòu)主要受力構(gòu)件的用鋼量和混凝土用量，減少了結(jié)構(gòu)部分的投資。
5 計(jì)算模型的優(yōu)化
實(shí)際結(jié)構(gòu)是很復(fù)雜的，完全按照結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況進(jìn)行力學(xué)分析是不可能的，對(duì)工程設(shè)計(jì)而言也是沒(méi)有必要的。因此結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，都需要采用某個(gè)計(jì)算模型對(duì)結(jié)構(gòu)實(shí)際狀況進(jìn)行簡(jiǎn)化模擬，計(jì)算出結(jié)構(gòu)在各種工況下的效應(yīng)。結(jié)構(gòu)計(jì)算模型的準(zhǔn)確性決定了計(jì)算結(jié)果的合理性及對(duì)工程設(shè)計(jì)的指導(dǎo)意義。
縱觀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件的發(fā)展歷史，就是結(jié)構(gòu)計(jì)算模型提高準(zhǔn)確性的發(fā)展歷史。在計(jì)算機(jī)高度發(fā)達(dá)和通用計(jì)算逐漸普及的今天，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)者擁有了更多的選擇對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行更為合理的模擬計(jì)算，設(shè)計(jì)者可以得到更為準(zhǔn)確的結(jié)果，從而更為合理有效的進(jìn)行材料配置，提高經(jīng)濟(jì)效益。
由于業(yè)主功能需求的變化，某已建成的建筑物空間布置發(fā)生了較大的改變，部分樓板荷載超出了原設(shè)計(jì)的規(guī)定。筆者在對(duì)此建筑物結(jié)構(gòu)進(jìn)行技術(shù)鑒定時(shí)，考慮到原結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是采用梁柱模型計(jì)算的，樓板并未直接參與計(jì)算，僅估計(jì)了對(duì)梁剛度的影響，可能實(shí)際結(jié)構(gòu)承載能力還有一定的富余。筆者采用了梁柱與板殼元共同工作的計(jì)算模型進(jìn)行復(fù)核，并對(duì)其局部荷載進(jìn)行精確施加。最終驗(yàn)算的結(jié)果表明原結(jié)構(gòu)基本能滿(mǎn)足要求，僅需進(jìn)行小的調(diào)整即可滿(mǎn)足結(jié)構(gòu)安全。
在水處理構(gòu)筑物的設(shè)計(jì)中，水池底板的設(shè)計(jì)一直都沿用傳統(tǒng)的倒樓蓋法，整個(gè)底板的地基反力是按均布荷載布置的，這與實(shí)際的受力狀況有很大的不同，造成了底板用鋼量過(guò)大的結(jié)果。在使用通用計(jì)算已成為可能的今天，可以考慮采用更為接近實(shí)際狀況的有限元模型進(jìn)行受力分析，并以此結(jié)果指導(dǎo)配筋將會(huì)更為合理且更為經(jīng)濟(jì)。
關(guān)鍵詞：房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；優(yōu)化
一、房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法的理論體現(xiàn)
在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，需要考慮的東西很多。不僅要考慮到建筑整體安全性和使用功能，還要盡可能完善設(shè)計(jì)，這就是我們通常所說(shuō)的設(shè)計(jì)優(yōu)化。通過(guò)設(shè)計(jì)優(yōu)化，保證利用最為科學(xué)的方法，選擇出最佳設(shè)計(jì)方案，從而更好地完成預(yù)期目標(biāo)。從建筑理論上分析主要表現(xiàn)在房屋工程分部結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)和房屋工程總體結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)兩個(gè)部分。房屋工程結(jié)構(gòu)總體的優(yōu)化設(shè)計(jì)包括三部分，分別是屋蓋系統(tǒng)方案的優(yōu)化設(shè)計(jì)、圍護(hù)結(jié)構(gòu)方案的優(yōu)化設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)細(xì)部設(shè)計(jì)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。在分析的過(guò)程中還會(huì)涉及到受力分析、造價(jià)分析等。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，我們必須以實(shí)事求是，結(jié)合工程開(kāi)展的實(shí)際情況，按照房屋建筑的經(jīng)濟(jì)效益目標(biāo)進(jìn)行合理的優(yōu)化設(shè)計(jì)。
建筑工程師在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，必須將安全放在第一位，在保證安全的基礎(chǔ)上進(jìn)行結(jié)構(gòu)形式的創(chuàng)新。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，盡量保證平面布置的規(guī)則和對(duì)稱(chēng)，減少質(zhì)量中心和剛度中心之間的差別，建筑物在水平荷載的作用下不會(huì)發(fā)生強(qiáng)烈的扭轉(zhuǎn)。我們?cè)跐M(mǎn)足房屋基本功能的情況下，還要保證豎向承重構(gòu)件向下是連通的，盡量避免使用轉(zhuǎn)換層從而減少設(shè)計(jì)上的難度。轉(zhuǎn)換層在使用的過(guò)程中容易導(dǎo)致應(yīng)力集中，不利于建筑整體的穩(wěn)定性。同時(shí)我們要掌握好豎向剛度的變化，盡量避免出現(xiàn)突變的情況，因?yàn)檫@樣容易導(dǎo)致用力集中，不利于建筑結(jié)構(gòu)抵抗水平動(dòng)力的荷d。
二、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的現(xiàn)實(shí)意義
首先能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)設(shè)計(jì)的優(yōu)化，保證建筑結(jié)構(gòu)整體功能的實(shí)現(xiàn)。我們?cè)趦?yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過(guò)程中需要對(duì)結(jié)構(gòu)造型、受力性能和結(jié)構(gòu)材料等方面進(jìn)行優(yōu)化。可以選擇那些圓形和方形的結(jié)構(gòu)從而保證結(jié)構(gòu)的受力性。通過(guò)使用優(yōu)化技術(shù)，保證工程開(kāi)展的安全和經(jīng)濟(jì)。
其次還能夠節(jié)約建造的成本。控制好建筑工程的造價(jià)能夠?qū)崿F(xiàn)企業(yè)經(jīng)濟(jì)利益的最大化。事實(shí)表明，通過(guò)優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能夠降低15%-30%的造價(jià)成本。隨著高層建筑的越來(lái)越多，這就對(duì)房屋結(jié)構(gòu)承載能力提出更高的要求，需要保證墻、梁和柱的承載能力和抗震能力。通過(guò)科學(xué)合理的設(shè)計(jì)，能夠確保結(jié)構(gòu)各項(xiàng)功能的實(shí)現(xiàn)，并且減少結(jié)構(gòu)所需材料，真正實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)安全的目標(biāo)。
三、房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化措施
（一）設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)模型
房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法基本可以分成三個(gè)階段：第一階段就是要選擇變量。一般情況下，設(shè)計(jì)人員是需要根據(jù)一些較為關(guān)鍵的數(shù)字來(lái)決定最后設(shè)計(jì)方案。比如工程的目標(biāo)參數(shù)包括房屋價(jià)格參數(shù)和預(yù)期產(chǎn)生的損失參數(shù)。當(dāng)設(shè)計(jì)工作者將那些有小幅度變動(dòng)的參數(shù)作為參考指標(biāo)，就會(huì)降低設(shè)計(jì)和計(jì)算工作的難度，設(shè)計(jì)工作者能夠迅速準(zhǔn)確找到信息。第二階段是確定函數(shù)。設(shè)計(jì)工作者需要在很多相似程度很高的函數(shù)中選擇出與房屋橫截面和鋼筋尺寸匹配的函數(shù)，并對(duì)函數(shù)的各項(xiàng)性質(zhì)進(jìn)行簡(jiǎn)單分析，從而降低房屋建造的成本。第三階段是衡量條件。我們?cè)诮ㄔ旆课莸倪^(guò)程中，必須考慮到房屋的穩(wěn)定性和功能性，考慮房屋尺寸、架構(gòu)穩(wěn)定性、架構(gòu)剛性以及變形限度等指標(biāo)，結(jié)合房屋建造的具體實(shí)際，對(duì)施工中的約束條件進(jìn)行仔細(xì)分析，保證各項(xiàng)條件都符合最優(yōu)的要求。
（二）決定計(jì)算方法
房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中不可避免的會(huì)遇到很多計(jì)算問(wèn)題，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化是個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，需要考慮到多個(gè)變量和多種設(shè)計(jì)條件。在計(jì)算的過(guò)程中，需要考慮到各種附加的約束條件。只有經(jīng)過(guò)合理的轉(zhuǎn)化，才能更好地得到計(jì)算結(jié)果，設(shè)計(jì)人員需要根據(jù)實(shí)際的情況選擇出最佳計(jì)算方法，節(jié)約人力和物力。
（三）選擇最優(yōu)程序
在選擇完房屋結(jié)構(gòu)模型和計(jì)算方法之后，設(shè)計(jì)工作者就要選擇最優(yōu)程序。最優(yōu)程序的功能齊全，并且工作效率高，這種最優(yōu)程序在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過(guò)程中發(fā)揮著關(guān)鍵性作用。
（四）分析統(tǒng)計(jì)結(jié)論
在統(tǒng)計(jì)完相關(guān)的數(shù)據(jù)之后，就要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行認(rèn)真分析，找到設(shè)計(jì)方案之間的異同，從而選擇出最佳的設(shè)計(jì)方案。設(shè)計(jì)工作者必須總覽全局，對(duì)一些細(xì)節(jié)問(wèn)題更要引起足夠的重視。房屋建造需要耗費(fèi)大量的人力、物力和財(cái)力，只有縱觀全局，了解到各個(gè)環(huán)節(jié)的利弊關(guān)系，才能真正衡量好各個(gè)環(huán)節(jié)的利益，才能選擇出最優(yōu)方案。因此，設(shè)計(jì)工作者需要將節(jié)約成本和改進(jìn)技術(shù)結(jié)合起來(lái)，在選擇方案的過(guò)程中，兼顧二者，才能真正發(fā)揮出房屋建筑的功能。
四、房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的注意事項(xiàng)
我們需要根據(jù)不同的建筑工程類(lèi)型選擇合理的結(jié)構(gòu)形式，通常包括剪力墻結(jié)構(gòu)、框架結(jié)構(gòu)和框架―剪力墻結(jié)構(gòu)三種類(lèi)型。這三種不同的類(lèi)型各具特點(diǎn)，因此在選擇的過(guò)程中需要考慮到房屋的實(shí)際使用功能以及工程中可利用的資產(chǎn)，在確保質(zhì)量的前提下選擇合理的投資方案，保證建筑工程利益的最大化。在高層建筑結(jié)構(gòu)中通常會(huì)使用剪力墻結(jié)構(gòu)，優(yōu)化時(shí)注意多遇地震下剪力墻結(jié)構(gòu)彈性層間位移角限值（1/1000）、軸壓比等限值。框架結(jié)構(gòu)優(yōu)化時(shí)多遇地震下結(jié)構(gòu)彈性層間位移角限值（1/550），柱軸壓比限值、最小配筋率，注意這種方式不僅但是柱截面較大，注意柱角可能會(huì)對(duì)家具的擺放產(chǎn)生影響。框架―剪力墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化注意0.2V0調(diào)整、位移比控制、軸壓比控制等等。
五、小結(jié)
總之，建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法的研究是一項(xiàng)綜合復(fù)雜的工作，我們需要在今后的工作中多加摸索，爭(zhēng)取用最少的資源實(shí)現(xiàn)最大的經(jīng)濟(jì)效益。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法的運(yùn)用能夠更好的實(shí)現(xiàn)房屋的使用功能，能夠更好滿(mǎn)足人們的多樣化需要，極大改變了人們的生活，有著非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。
關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)； 設(shè)計(jì)；優(yōu)化
中圖分類(lèi)號(hào)：TU3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
1、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法的理論體現(xiàn)
當(dāng)我們進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及工程項(xiàng)目的相關(guān)設(shè)計(jì)的時(shí)候，不僅要對(duì)設(shè)計(jì)對(duì)象的安全性可靠性以及其基本使用功能進(jìn)行必要的考慮外，設(shè)計(jì)還要盡可能的突出建筑的美感，這些便是結(jié)構(gòu)以及工程項(xiàng)目的最優(yōu)化的相關(guān)問(wèn)題。也就是說(shuō)利用相應(yīng)的數(shù)學(xué)上的方法，對(duì)所有設(shè)計(jì)方案進(jìn)行必要的分析比較，得出最滿(mǎn)意的設(shè)計(jì)方案，以滿(mǎn)足預(yù)期的目標(biāo)。
從理論上對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法進(jìn)行相關(guān)的分析可知，房屋工程結(jié)構(gòu)總體的優(yōu)化設(shè)計(jì)以及房屋工程分部結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法在實(shí)際應(yīng)用中具體的表現(xiàn)。房屋工程結(jié)構(gòu)總體的優(yōu)化設(shè)計(jì)主要是對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)、屋蓋系統(tǒng)以及結(jié)構(gòu)細(xì)部等進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化設(shè)
計(jì)。在設(shè)計(jì)的時(shí)候還必須考慮到相應(yīng)的布置、選型、造價(jià)以及受力等方面的問(wèn)題，然后根據(jù)工程的實(shí)際情況以及結(jié)合房屋建筑相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)性，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。
為了適應(yīng)時(shí)展的要求，建筑的結(jié)構(gòu)形式必須不斷的進(jìn)行必要的創(chuàng)新。對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)師來(lái)說(shuō)，要確保建筑結(jié)構(gòu)具有一定的安全保證，在此基本上考慮設(shè)計(jì)出新的結(jié)構(gòu)形式。
對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，我們要求盡量縮小質(zhì)量中心和剛度中心的差異以及建筑的平面結(jié)構(gòu)盡量對(duì)稱(chēng)與規(guī)則，不過(guò)這些必須滿(mǎn)足設(shè)計(jì)師的基本設(shè)計(jì)意圖。還要要求在水平荷載作用下建筑物不會(huì)產(chǎn)生很大的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。必須在滿(mǎn)足建筑相應(yīng)的功能條件下，在豎直方向布置盡量讓豎直方向的相應(yīng)的承重構(gòu)件上下貫通。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，為了減少結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析上的難度以及經(jīng)濟(jì)性，我們應(yīng)該盡量避免使用轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)。對(duì)豎直方向的剛度也有著相應(yīng)的要求，要求剛度的變化必須是漸變的而不是突變的，否則在剛度突變的地方會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的應(yīng)力集中，這不利于建筑結(jié)構(gòu)抵抗水平方向的動(dòng)力載荷作用。
2、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)的現(xiàn)實(shí)意義
對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)進(jìn)行必要的優(yōu)化，在對(duì)于房屋結(jié)構(gòu)相關(guān)的設(shè)計(jì)中的應(yīng)用意義重大，不僅能夠滿(mǎn)足了建筑的實(shí)用與美觀，而且還可以有效地對(duì)工程造價(jià)進(jìn)行控制。對(duì)于建筑商來(lái)說(shuō)，其當(dāng)然希望用最少的投資，而獲得最大的收益，然而又必須對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的科學(xué)性、可靠性以及安全性做出保證，這必然要求對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化。
結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化和傳統(tǒng)房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行比較我們可以發(fā)現(xiàn)：運(yùn)用設(shè)計(jì)優(yōu)化的技術(shù)能夠降低建筑的工程造價(jià)（6 ～ 35％）。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)能夠使得建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)部的每個(gè)單元都得到最佳的協(xié)調(diào)，并可以對(duì)材料的性能進(jìn)行最合理的利用。這樣不僅能夠保證相關(guān)規(guī)定的安全系數(shù)，還能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性與實(shí)用性。
3、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的步驟
3.1建立結(jié)構(gòu)優(yōu)化的模型
在我們對(duì)房屋結(jié)構(gòu)整體進(jìn)行必要的優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)候，可以分成三步進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)優(yōu)化。下面將對(duì)每一步驟進(jìn)行詳細(xì)的介紹：
3.1.1要對(duì)設(shè)計(jì)變量進(jìn)行合理的選擇
通常在對(duì)設(shè)計(jì)變量進(jìn)行選擇時(shí)，我們把對(duì)建筑結(jié)構(gòu)影響的主要參數(shù)作為設(shè)計(jì)變量。如目標(biāo)控制的相關(guān)參數(shù)（損失的期望C2和結(jié)構(gòu)的造價(jià)C1）和約束控制相關(guān)參數(shù)（結(jié)構(gòu)的可靠度PS）等；然而還有一些影響不是太大，其變化范圍也不是很大或者由局部性以及結(jié)構(gòu)的相關(guān)要求就能夠滿(mǎn)足相應(yīng)的設(shè)計(jì)要求的一些參數(shù)，我們可以用預(yù)定參數(shù)來(lái)表示，這樣能夠使得我們的設(shè)計(jì)量、計(jì)算量以及編制程序的工作量均大大減小。
3.1.2對(duì)目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行確定
在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的時(shí)候，我們還必須尋找一組能夠滿(mǎn)足相關(guān)的預(yù)定條件的截面相應(yīng)的幾何尺寸、鋼筋的截面積以及相應(yīng)的失效的概率的函數(shù)，使得工程造價(jià)最少。
3.1.3對(duì)約束條件進(jìn)行確定
對(duì)于房屋的結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)優(yōu)化來(lái)說(shuō)，必須確保結(jié)構(gòu)的可靠度，來(lái)對(duì)優(yōu)化設(shè)計(jì)相關(guān)的約束條件進(jìn)行相應(yīng)的確定，設(shè)計(jì)優(yōu)化的約束條件主要包括裂縫寬度約束、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度約束、尺寸約束、構(gòu)件單元約束、應(yīng)力約束、結(jié)構(gòu)體系約束、從可靠指標(biāo)約束到確定性約束條件以及從正常使用極限狀態(tài)下的彈性約束到最終極限狀態(tài)的彈塑性約束等約束條件。在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的時(shí)候，我們必須對(duì)目標(biāo)約束條件與實(shí)際的約束條件進(jìn)行相應(yīng)的比較與分析，再確保每個(gè)約束條件都必須滿(mǎn)足相關(guān)要求，以實(shí)現(xiàn)最佳的設(shè)計(jì)。
3.2對(duì)優(yōu)化設(shè)計(jì)的計(jì)算方案進(jìn)行設(shè)定
根據(jù)可靠度進(jìn)行的房屋結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)具有多約束且非線性的優(yōu)化問(wèn)題以及復(fù)雜的多變量，在進(jìn)行相應(yīng)的分析計(jì)算中，一般把有約束的優(yōu)化問(wèn)題轉(zhuǎn)換成無(wú)約束優(yōu)化問(wèn)題的求解。常用的優(yōu)化設(shè)計(jì)的計(jì)算方法有拉氏乘子法、復(fù)合形法、Powell法等。
3.3進(jìn)行程序的相關(guān)設(shè)計(jì)
根據(jù)可靠度進(jìn)行的房屋結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)的基本模型以及所使用的優(yōu)化設(shè)計(jì)的計(jì)算方法，可以編寫(xiě)一個(gè)具有運(yùn)算速度快以及功能齊全的綜合應(yīng)用程序。
3.4結(jié)果分析
我們必須對(duì)相應(yīng)的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行必要的分析比較，然后選擇出最佳的設(shè)計(jì)方案。在這個(gè)過(guò)程中，我們考慮問(wèn)題必須全面，并且要對(duì)問(wèn)題進(jìn)行多角度的考慮。這一步驟在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化中尤其重要，合理的選擇設(shè)計(jì)方案，不僅能夠確保結(jié)構(gòu)的美觀、安全性、合理性以及實(shí)用性，還能夠?qū)κ┕ぶ械馁Y金的投入有著重大的影響。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化中只強(qiáng)調(diào)經(jīng)濟(jì)上的節(jié)約，而忽略技術(shù)上的相關(guān)要求，是不正確的；同樣只考慮技術(shù)上的要求，而不考慮經(jīng)濟(jì)的要求，也是不合理的。我們必須對(duì)兩者進(jìn)行合理的配置，才能達(dá)到相關(guān)要求。
4、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)的實(shí)踐應(yīng)用
對(duì)于項(xiàng)目的前期設(shè)計(jì)、整體設(shè)計(jì)、舊房改造以及抗震設(shè)計(jì)方面均能夠采用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法。下面對(duì)實(shí)踐應(yīng)用中的問(wèn)題進(jìn)行必要的說(shuō)明：
4.1結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化應(yīng)注意前期參與
前期方案直接會(huì)影響到工程的造價(jià)，然而很多結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)忽略了這一點(diǎn)，所以我們應(yīng)該注意。前期參與能夠讓我選擇合理的結(jié)構(gòu)形式以及合理的設(shè)計(jì)方案。
4.2概念設(shè)計(jì)結(jié)合細(xì)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化
在沒(méi)有具體數(shù)值量化的情況下，我們可以使用概念設(shè)計(jì)。例如，對(duì)地震的烈度進(jìn)行設(shè)防時(shí)，由于它存在這不確定的因素，所以我們無(wú)法找到與實(shí)際相符合的計(jì)算式，所以在進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化的時(shí)候我們可以使用概念設(shè)計(jì)的方法，把相應(yīng)的數(shù)值作為參考與輔助相關(guān)的依據(jù)。同時(shí)在設(shè)計(jì)過(guò)程中，相關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員必須合理并靈活的使用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的方法，從而達(dá)到最佳的效果。
在設(shè)計(jì)過(guò)程中必須對(duì)細(xì)部的結(jié)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)計(jì)優(yōu)化，例如，在現(xiàn)澆的混凝土異形的板料，其拐彎處容易開(kāi)裂，我們可以簡(jiǎn)化成矩形板，然后再合理的選擇鋼筋，在滿(mǎn)足其結(jié)構(gòu)的基本要求條件下，達(dá)到既安全又經(jīng)濟(jì)的目的。
4.3下部地基基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)優(yōu)化
在地基基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化中，我們必須選取合適的方案，如可以根據(jù)工地的地質(zhì)條件選擇相應(yīng)的樁基類(lèi)型，并盡量減少相應(yīng)的工程造價(jià)。并根據(jù)樁端的持力層的厚度合理的選擇灌注樁的樁長(zhǎng)度，通過(guò)對(duì)多種設(shè)計(jì)方案進(jìn)行必要的分析比較，然后選取最佳的設(shè)計(jì)方案。
關(guān)鍵詞：房屋；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；優(yōu)化
隨著我國(guó)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，建筑行業(yè)內(nèi)部之間的競(jìng)爭(zhēng)越來(lái)越激烈。在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境下，建筑企業(yè)必須要以市場(chǎng)需求為導(dǎo)向，提高房屋建設(shè)的水平。在當(dāng)前的社會(huì)環(huán)境下，房屋建設(shè)的水平不僅體現(xiàn)在房屋的質(zhì)量上，同時(shí)還包括房屋的舒適性、經(jīng)濟(jì)性、美觀性等。因此，必須要在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過(guò)程中應(yīng)用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)。本文將從介紹結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)的作用入手，介紹結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)的方法，分析結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的具體應(yīng)用。
1結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)的作用
在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)具有一定的作用，主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面。第一，在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)可以提升建筑的安全性。應(yīng)用優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的不足和缺陷，從而提高房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性和安全性。而且，應(yīng)用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)可以對(duì)房屋結(jié)構(gòu)的受力性進(jìn)行更加全面的分析，從而確保房屋使用過(guò)程的安全性；第二，在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)可以降低工程的造價(jià)。根據(jù)相關(guān)的調(diào)查顯示，在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)可以將工程的成本降到原來(lái)的70%，從而大大節(jié)約了房屋工程建設(shè)的成本。此外，應(yīng)用結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)還可以提高原材料的性能，減少材料的浪費(fèi)，提高房屋建設(shè)的經(jīng)濟(jì)性。
2結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)的方法
無(wú)論是在房屋建筑總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)還是分部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過(guò)程中都可以采用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)。房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容包括基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、屋蓋系統(tǒng)設(shè)計(jì)、圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等。但在應(yīng)用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)的過(guò)程中應(yīng)根據(jù)房屋建筑的實(shí)際情況而定。下文將具體介紹一下結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)的方法。首先，要建立結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型。結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)就是指將人們的居住需求以數(shù)學(xué)的方式表達(dá)出來(lái)，然后對(duì)相應(yīng)的參數(shù)進(jìn)行整理和分析，再結(jié)合房屋建筑的實(shí)際情況建立數(shù)學(xué)模型，最終求出數(shù)學(xué)模型的最優(yōu)解。因此，在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過(guò)程中應(yīng)用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)最為關(guān)鍵的一步就是建立結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型。在建立結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型時(shí)也應(yīng)遵守一定的原則。第一，要合理選擇設(shè)計(jì)變量。房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中設(shè)計(jì)變量的選取是十分重要的，將直接關(guān)系到房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是否合理。因此，設(shè)計(jì)人員必須要重視這項(xiàng)工作。設(shè)計(jì)人員應(yīng)根據(jù)變量對(duì)整體結(jié)構(gòu)的影響將其分成不同的類(lèi)別，確定其中的預(yù)定參數(shù)，從而使得整個(gè)計(jì)算流程變得比較簡(jiǎn)單；第二，要確定目標(biāo)函數(shù)。確定目標(biāo)函數(shù)的目的是為了找到最優(yōu)解；第三，要明確約束條件。不同的房屋建筑的具體約束條件是不同的。但總體來(lái)說(shuō)，房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中采用的約束條件主要包括強(qiáng)度、應(yīng)力、尺寸等。設(shè)計(jì)人員可以根據(jù)現(xiàn)行的房屋建筑設(shè)計(jì)規(guī)范確定約束條件。其次，要確定結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方案。在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方案應(yīng)包括兩方面的內(nèi)容，一是整體結(jié)構(gòu)的布局，二是細(xì)部結(jié)構(gòu)的優(yōu)化。在進(jìn)行房屋整體結(jié)構(gòu)布局的過(guò)程中應(yīng)盡量簡(jiǎn)單一點(diǎn)。因?yàn)椋绞菑?fù)雜的結(jié)構(gòu)需要的投入越多。而且，復(fù)雜的結(jié)構(gòu)需要多次傳力，會(huì)影響結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性。細(xì)部結(jié)構(gòu)優(yōu)化涉及到的內(nèi)容比較多，不同的部位對(duì)房屋結(jié)構(gòu)的影響也是不同的。但在所有的細(xì)部結(jié)構(gòu)優(yōu)化過(guò)程中最為重要的部位是構(gòu)件截面。構(gòu)件截面的選取將影響到房屋結(jié)構(gòu)使用的安全性和其它部位的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。例如，豎向構(gòu)件在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)選擇合理的軸壓比。如果軸壓比選擇不合理將會(huì)影響配筋的使用。又如，在進(jìn)行梁截面設(shè)計(jì)時(shí)，如果截面設(shè)計(jì)的過(guò)大則會(huì)縮小房屋建筑內(nèi)部的使用空間。如果截面過(guò)小則會(huì)增加使用的配筋，從而增加房屋工程的總成本。
3結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的具體應(yīng)用
現(xiàn)在，隨著城市居住人口的不斷增多，城市住房壓力越來(lái)越大。在這種情況下，房屋建筑主要以高層建筑為主。相比于普通的房屋建筑來(lái)說(shuō)，高層建筑的結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)更加符合人們的居住要求。下文將具體介紹一下結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。首先，要優(yōu)化設(shè)計(jì)規(guī)范。在進(jìn)行房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員必須要先了解和房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有關(guān)的規(guī)范，明確其中的條例和規(guī)定。同時(shí)，在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過(guò)程中還應(yīng)結(jié)合房屋的實(shí)際情況將這些規(guī)范應(yīng)用其中，確保房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性和規(guī)范性。此外，設(shè)計(jì)人員在遵守規(guī)范的同時(shí)還應(yīng)結(jié)合房屋建筑的實(shí)際情況對(duì)規(guī)范進(jìn)行修改，即要將規(guī)范中一些過(guò)于寬松的條款舍棄，按照房屋建筑的實(shí)際情況而定，從而確保結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的最優(yōu)性。其次，要參與房屋工程前期的規(guī)劃設(shè)計(jì)。為了實(shí)現(xiàn)房屋建筑結(jié)構(gòu)最優(yōu)化設(shè)計(jì)的目的，設(shè)計(jì)人員必須要參與房屋建筑工程前期的規(guī)劃設(shè)計(jì)。一方面，是要對(duì)房屋建筑工程進(jìn)行全面地了解，掌握一手的數(shù)據(jù)資料。另一方面是要從全局的角度出發(fā)進(jìn)行房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，確保房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的合理性和科學(xué)性，這樣才能為以后的施工提供科學(xué)的指導(dǎo)。如果設(shè)計(jì)人員不參與房屋建筑工程前期規(guī)劃設(shè)計(jì)，則無(wú)法準(zhǔn)確地判斷工程結(jié)構(gòu)的受力情況，同時(shí)也無(wú)法有效控制設(shè)計(jì)的質(zhì)量和成本。這種脫離房屋工程建筑實(shí)際的設(shè)計(jì)方案不可能是最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案，即無(wú)法充分發(fā)揮結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)的作用。最后，要進(jìn)行概念設(shè)計(jì)。對(duì)于同一個(gè)房屋建筑工程來(lái)說(shuō)，在施工條件基本相同的情況下，采用不同的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案產(chǎn)生的設(shè)計(jì)效果是完全不同的，需要的工程投入也是完全不同的。因此，在房屋結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的過(guò)程中必須要重視細(xì)部結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。在進(jìn)行細(xì)部結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的過(guò)程中還應(yīng)考慮到概念設(shè)計(jì)。概念設(shè)計(jì)是房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的重點(diǎn)內(nèi)容，在進(jìn)行房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過(guò)程中如果缺少相應(yīng)的數(shù)據(jù)，就必須要通過(guò)概念設(shè)計(jì)的方法來(lái)處理細(xì)節(jié)。例如，在進(jìn)行地震設(shè)防烈度設(shè)計(jì)時(shí)就不能單純依靠量化的方法，而是應(yīng)采用概念設(shè)計(jì)的方法，將所有已知的參數(shù)作為參考，對(duì)結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)部分進(jìn)行合理地處理，從而確保結(jié)構(gòu)的防震等級(jí)符合相關(guān)的要求。
4結(jié)論
總之，在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)是十分合理的，未來(lái)隨著建筑行業(yè)的不斷發(fā)展，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)的優(yōu)勢(shì)將會(huì)愈加凸顯。因此，人們必須要重視結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)，將其廣泛應(yīng)用于房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之中，提高房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性、經(jīng)濟(jì)性和美觀性。
參考文獻(xiàn)
[1]王也.建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].中華民居(下旬刊),2013,03:81-82.
關(guān)鍵詞：建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；優(yōu)化
中圖分類(lèi)號(hào)：S611文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：
在建筑領(lǐng)域內(nèi)，數(shù)字計(jì)算機(jī)和相關(guān)的數(shù)字技術(shù)，不僅能夠讓從業(yè)者輕松自如的完成數(shù)據(jù)分析和計(jì)算、項(xiàng)目設(shè)計(jì)和出圖等一系列工作。而且它也帶給了我們?cè)S多“新體驗(yàn)”。比如說(shuō)：建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化。經(jīng)驗(yàn)告訴我們，在以數(shù)字計(jì)算機(jī)為操作平臺(tái)，以數(shù)學(xué)、力學(xué)等學(xué)科為參考的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化工作，不僅能夠輔助結(jié)構(gòu)師進(jìn)行項(xiàng)目“可執(zhí)行性”（傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)）這一主要工作，同時(shí)，它也能夠?qū)Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的“安全性”、“經(jīng)濟(jì)型”等有關(guān)問(wèn)題起到權(quán)衡利弊的作用。毫無(wú)疑慮，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化為日趨復(fù)雜、多元化的建筑實(shí)現(xiàn)了強(qiáng)有力的結(jié)構(gòu)架設(shè)保障。而在具體的工作中，如若想真正達(dá)到經(jīng)濟(jì)和合理雙收益的工作目標(biāo)，我們必須要嚴(yán)格把握相關(guān)的方式方法和技術(shù)手段。
一、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的好處
我們都知道，在傳統(tǒng)的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)者通常會(huì)根據(jù)設(shè)計(jì)要求，然后結(jié)合以往的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，參考近似的設(shè)計(jì)方案，以判斷的方式去著手進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)計(jì)方案，在此之后，再去進(jìn)行有關(guān)“強(qiáng)度”、“剛度”、“穩(wěn)定”等相關(guān)方面的計(jì)算。在運(yùn)用此方法進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，如果條件允許的話，設(shè)計(jì)者還會(huì)從結(jié)構(gòu)布局、結(jié)構(gòu)外形、材質(zhì)選擇等方面入手，去尋求一個(gè)更為合理的設(shè)計(jì)方案，而在力學(xué)分析方面也僅僅是起到了一個(gè)核對(duì)查考、比較驗(yàn)證的作用。于是，傳統(tǒng)的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)就暴露出以下這么幾種主要弊端：①工作量大、效率低下；②由于時(shí)間限定和設(shè)計(jì)者經(jīng)驗(yàn)不足等內(nèi)外因素，致使所敲定的設(shè)計(jì)方案并非是最為理想、科學(xué)的方案；③以分析和計(jì)算各種外界因素作用下的受力、變形等力學(xué)反應(yīng)為工作目標(biāo)，未達(dá)到設(shè)計(jì)這一層面。
然而，伴隨著數(shù)字技術(shù)等科學(xué)技術(shù)的崛起、涌進(jìn)，我們?nèi)祟?lèi)的思維、感想等各種與設(shè)計(jì)有關(guān)的因素，也不斷地被充溢和改變著。這時(shí)候，只能夠起到“分析”作用的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方式就明顯的有些力不從心了。因?yàn)椋诂F(xiàn)如今，不管是任何一種設(shè)計(jì)，其除了要滿(mǎn)足設(shè)計(jì)對(duì)象的工藝性能等藝術(shù)特征，可靠性、安全性等使用性性能之外，還要做到設(shè)計(jì)對(duì)象被生產(chǎn)時(shí)，達(dá)到消耗最低、誤差最小、費(fèi)用最低等目的。而建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化，就是如此。
事實(shí)證明，建筑設(shè)計(jì)優(yōu)化能夠做到：“將設(shè)計(jì)周期縮短到最小范圍，節(jié)省大量人力，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量及水平，從而，最終取得顯著的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。”而建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化是如何做到這點(diǎn)的呢，這要從其方法和技術(shù)上談起。
二、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的方法
和所用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化一樣，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的主要特征是讓“參與計(jì)算的部分以變量的方式”出現(xiàn)。通俗的講，就是在設(shè)計(jì)過(guò)程中，在符合各種相關(guān)規(guī)范、規(guī)定條例之下，將所有能夠?qū)崿F(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方案全部羅列出來(lái)。而后，在數(shù)學(xué)手段的輔助之下，按照設(shè)計(jì)預(yù)定要求，從中挑選一個(gè)“可執(zhí)行性”、“科學(xué)性”和造價(jià)最低等各種優(yōu)勢(shì)兼顧的最優(yōu)方案。而具體到方法的應(yīng)用上，建筑結(jié)構(gòu)和工程造價(jià)是兩個(gè)最為明顯的突破口。
（一）建筑結(jié)構(gòu)
建筑抗震設(shè)計(jì)要求建筑平面宜規(guī)則、簡(jiǎn)單、對(duì)稱(chēng)，減少偏心，平面的長(zhǎng)寬比不宜過(guò)長(zhǎng)、平面凹凸不能太大，豎向抗側(cè)力構(gòu)件盡量連續(xù)等。因此建筑設(shè)計(jì)師在建筑方案設(shè)計(jì)階段全局考慮尤為重要！同時(shí)結(jié)構(gòu)師參與建筑方案的設(shè)計(jì)也是很有必要的。建筑方案規(guī)則合理了，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師再在受力分析及概念設(shè)計(jì)方面進(jìn)行計(jì)算分析、合理調(diào)整。就能做出完成一個(gè)既經(jīng)濟(jì)有安全的結(jié)構(gòu)，做到既節(jié)省又節(jié)能的要求！大量工程實(shí)例表明，不規(guī)則的建筑方案很大程度上使得結(jié)構(gòu)師在優(yōu)化設(shè)計(jì)上顯得有些力不從心。
對(duì)于一項(xiàng)工程而言，從建筑工程的結(jié)構(gòu)入手，是設(shè)計(jì)師最長(zhǎng)使用的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化辦法。誠(chéng)然，建筑結(jié)構(gòu)總體是由若干個(gè)分部結(jié)構(gòu)構(gòu)建而成的，而建筑分部結(jié)構(gòu)又可被分為：“基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)”（建筑框架）、“屋蓋結(jié)構(gòu)”、，“圍護(hù)（墻體）結(jié)構(gòu)”以及“結(jié)構(gòu)細(xì)部”（如：門(mén)窗、地板等）等多個(gè)方面。于是乎，每一個(gè)分部結(jié)構(gòu)都成為了設(shè)計(jì)師使用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的突破口，在具體操作時(shí)，設(shè)計(jì)者便可以在相關(guān)規(guī)定要求范圍之內(nèi)，圍繞造型、選材、布局、位置、力學(xué)、造價(jià)等各個(gè)優(yōu)化設(shè)計(jì)關(guān)鍵因素去結(jié)合具體情況（建筑師等相關(guān)人員的需求），本著經(jīng)濟(jì)效益、安全系數(shù)“雙豐收”的方針，由片面（每一個(gè)分部結(jié)構(gòu)）及全面的進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。
（二）工程造價(jià)
經(jīng)試驗(yàn)證明，在建筑工程項(xiàng)目中，正確使用建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法，可以讓工程造價(jià)降低到5%-30%（就現(xiàn)況而言，但隨著技術(shù)的革新，比率會(huì)越來(lái)越高）。所以，在保證建筑內(nèi)部各個(gè)分支能夠相互協(xié)調(diào)，保障建筑的安全性、合理性，結(jié)構(gòu)可靠度的情況之下，合理的利用建筑材質(zhì)材料，是降低工程造價(jià)的最直接的方式。于是，這也就成為建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法的另一個(gè)“著陸點(diǎn)”。
綜上所述，我們不難看出：從正確的“入口”使用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法，是實(shí)現(xiàn)建筑適用性能高、安全性能高、成本低廉等優(yōu)勢(shì)行之有效的途徑。而在具體應(yīng)用上，我們還要毫無(wú)紕漏的應(yīng)用技術(shù)手段，來(lái)予以實(shí)現(xiàn)。
三、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)上的難題
每一項(xiàng)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，它都會(huì)產(chǎn)生出許多種結(jié)構(gòu)布局設(shè)計(jì)方案，另外，建筑物細(xì)部的處理方式更是千差萬(wàn)別的。對(duì)于設(shè)計(jì)者而言，通過(guò)一味的去分析設(shè)計(jì)中各種相關(guān)參數(shù)、材料、負(fù)荷值等數(shù)值，去尋求優(yōu)化設(shè)計(jì)并非是科學(xué)的。因?yàn)椋湍秘?fù)荷值來(lái)說(shuō)，同種負(fù)荷情況下，也存在有許多不同的分析方式方法。
其實(shí)，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化，同樣也要遵循傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的流程的：“設(shè)計(jì)（擬定各個(gè)相關(guān)尺寸）校核（審核是否符合規(guī)范條例）修改設(shè)計(jì)方案再校核”，如此循環(huán)，直至達(dá)到理想方案。而在此流程中，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師的經(jīng)驗(yàn)、學(xué)識(shí)、閱歷是起著不容小覷的作用的。例如說(shuō)：每一個(gè)建筑項(xiàng)目都會(huì)在其建設(shè)中或建成后，有可能遇到許多不可預(yù)見(jiàn)的自然災(zāi)害，如地震、火山噴發(fā)等地質(zhì)災(zāi)害。而在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化過(guò)程中，設(shè)計(jì)者就要做到防患于未然。落實(shí)到操作上，我們首先要將不利于對(duì)抗“地震”等自然災(zāi)害的做法排除在外，其次，我們?cè)谠O(shè)計(jì)優(yōu)化過(guò)程中，一定要認(rèn)真考慮“地震作用”、“風(fēng)荷載”以及“軸力”、“彎矩”、“剪力”等和“外荷載”相關(guān)的各種數(shù)值。而在解決此問(wèn)題上，設(shè)計(jì)者可以憑借自己的工作經(jīng)驗(yàn)和學(xué)識(shí)，去因地適宜的進(jìn)行設(shè)計(jì)。諸如：剛度平衡對(duì)稱(chēng)可以減輕地震給建筑帶來(lái)的損害；“延性設(shè)計(jì)”可以避免建筑在地震影響下，發(fā)生“脆性斷裂”現(xiàn)象；以及“多道設(shè)防設(shè)計(jì)”會(huì)讓在特大地震發(fā)生時(shí)，先破壞建筑的次要構(gòu)造元素，以達(dá)到最小限度的影響主體建筑結(jié)構(gòu)。另外，隨著建筑樓層的不斷增高，結(jié)構(gòu)師可以在滿(mǎn)足建筑師設(shè)計(jì)訴求的基礎(chǔ)之上，采用水平布置對(duì)稱(chēng)、規(guī)則，豎向上下貫通的優(yōu)化方法。如此的優(yōu)化方法，由于盡可能的縮小了質(zhì)量和剛度中心，使得建筑物不會(huì)出現(xiàn)由于水平負(fù)荷過(guò)大，產(chǎn)生扭曲的狀況；另外，豎向連貫的方法，讓豎向剛度產(chǎn)生了“漸變”效應(yīng)，從而不至于產(chǎn)生剛度突變，出現(xiàn)應(yīng)力集中的弊端。
總而言之，建筑工程，不僅是一項(xiàng)極度科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)科，而且也是一項(xiàng)資費(fèi)高昂的工程。在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的“征途”中，結(jié)構(gòu)師一定要從多角度出發(fā)，全方位的估計(jì)所涉及到的各種問(wèn)題，總之，我們既要遵循相關(guān)的規(guī)則和準(zhǔn)則，又要在保證項(xiàng)目最優(yōu)化設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)之上，去尋找能夠?qū)崿F(xiàn)“開(kāi)源節(jié)流”的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方式和技術(shù)手段。
四、結(jié)語(yǔ)
顯而易見(jiàn)，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的出現(xiàn)，為現(xiàn)在的建筑選擇了一個(gè)最為有效、科學(xué)的建筑結(jié)構(gòu)。有句名言曾經(jīng)說(shuō)到：“建筑的目標(biāo)在創(chuàng)造完美，也就是創(chuàng)造最美的效益。”對(duì)于一個(gè)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師來(lái)說(shuō)，在保證建筑安全、可靠性的前提之下，探索科學(xué)、經(jīng)濟(jì)、實(shí)效性的建筑結(jié)構(gòu)是非常值得提倡的。因?yàn)椋ㄖY(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法的技術(shù)性實(shí)現(xiàn)，不僅可以讓建筑項(xiàng)目在施工中找尋到最經(jīng)濟(jì)、最合理的材料利用方式，也可以讓結(jié)構(gòu)內(nèi)部各元素得到很好的調(diào)配，更可以使落成的建筑擁有極高的安全度。無(wú)疑，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化是讓建筑實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)、安全、并且不乏適用性的最佳途徑。
參考文獻(xiàn)：
[1] 熊開(kāi)安，程志勇著.《建筑結(jié)構(gòu)》[M].廣州：華南理工大學(xué)出版社.2011(07)
[2] 劉昭如，莊艷著.《建筑結(jié)構(gòu)與力學(xué)基礎(chǔ)》[M].上海：上海交通大學(xué)出版社.2011(09)
[3] 徐傳亮，光軍著.《建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化及實(shí)例》[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社.2012(03)
[4] 姜牛著.《建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問(wèn)題》[J].《價(jià)值工程》.2011(36)
[關(guān)鍵詞]結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；優(yōu)化；應(yīng)用
中圖分類(lèi)號(hào)：TB482.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2014）24-0063-01
1.前言
在建筑設(shè)計(jì)進(jìn)程當(dāng)中，要求建筑師需竭盡所能，揚(yáng)長(zhǎng)避短，將實(shí)用性跟藝術(shù)性完美結(jié)合，優(yōu)化完成房屋建筑設(shè)計(jì)工作，在保障建筑質(zhì)量高質(zhì)獲取的同時(shí)盡可能降低投入成本，為此需針對(duì)建筑結(jié)構(gòu)實(shí)施合理設(shè)計(jì)，兼顧經(jīng)濟(jì)跟美觀，規(guī)避結(jié)構(gòu)僵化問(wèn)題出現(xiàn)。
2.簡(jiǎn)析結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化技術(shù)
2.1 步驟
構(gòu)建結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型――通常而言，一般按照三個(gè)步驟實(shí)施房屋結(jié)構(gòu)的整體優(yōu)化設(shè)計(jì)，第一，進(jìn)行適合設(shè)計(jì)變量的優(yōu)化選擇，將直接影響設(shè)計(jì)要求的相關(guān)參數(shù)當(dāng)作是變量指標(biāo)，譬如說(shuō)約束控制參數(shù)和目標(biāo)控制參數(shù)等，其中結(jié)構(gòu)造價(jià)以損失期望為目標(biāo)控制參數(shù)，結(jié)構(gòu)可靠度為約束控制參數(shù)，在設(shè)計(jì)中，針對(duì)變化范圍相對(duì)較小或者是結(jié)合結(jié)構(gòu)要求及局部設(shè)計(jì)需求綜合考慮將能夠充分滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求的參數(shù)作為是預(yù)定參數(shù)，如此一來(lái)，便能大幅度減少設(shè)計(jì)及計(jì)算、編程過(guò)程所涉及的具體工作量；第二，將對(duì)應(yīng)的目標(biāo)函數(shù)確定下來(lái)，要求找到一組能夠符合對(duì)應(yīng)預(yù)定條件的截面幾何尺寸、失效概率、鋼筋截面積，使得設(shè)計(jì)總費(fèi)用得以?xún)?yōu)化降至最低；第三，將具體的約束條件確定下來(lái)，在可靠度優(yōu)化設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，房屋結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)約束條件涵蓋有結(jié)構(gòu)強(qiáng)度約束以及尺寸約束、變形約束、構(gòu)件單元約束、應(yīng)力約束、裂縫寬度約束、基于正常使用極限值之下的彈性約束至最終極限值之下的彈塑性約束等方面內(nèi)容。在具體的設(shè)計(jì)進(jìn)程當(dāng)中，在實(shí)際房屋結(jié)構(gòu)工程建設(shè)中有效采用結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，通過(guò)對(duì)比房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中對(duì)應(yīng)的實(shí)際目標(biāo)約束條件，確保各類(lèi)型條件均能符合現(xiàn)行規(guī)范需求，盡可能實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化設(shè)計(jì)。
制定結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)計(jì)算方案――一般來(lái)說(shuō)，在可靠度優(yōu)化設(shè)計(jì)問(wèn)題基礎(chǔ)上能夠?qū)嵤┓课萁Y(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，該項(xiàng)工作復(fù)雜程度相對(duì)較高，涉及有多約束非線性及多變量?jī)?yōu)化問(wèn)題等方面內(nèi)容，在實(shí)際的計(jì)算進(jìn)程當(dāng)中，一般會(huì)進(jìn)行約束優(yōu)化問(wèn)題向無(wú)約束問(wèn)題的合理轉(zhuǎn)化并求解，相關(guān)計(jì)算方法包括有拉氏乘子法、復(fù)合形法及Powell法等多種計(jì)算方式。
有效實(shí)施程序設(shè)計(jì)――結(jié)合在可靠度基礎(chǔ)上構(gòu)建的結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型及計(jì)算優(yōu)化方式，可進(jìn)行多功能且具備有較快運(yùn)算速度的綜合程序的有效編制。
2.2 實(shí)踐應(yīng)用
細(xì)部結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)――在結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員需在宏觀把控的基礎(chǔ)上給予西部設(shè)計(jì)更多重視，譬如說(shuō)，異形裂縫情況，選擇鋼筋的時(shí)候，應(yīng)綜合考慮鋼筋材料的極限抗拉力值等相關(guān)因素，基于塑性要求基礎(chǔ)，擇取合適的建筑施工鋼材。譬如說(shuō)為實(shí)現(xiàn)現(xiàn)澆板的良好受力，設(shè)計(jì)人員在選擇一級(jí)鋼跟冷軋帶肋鋼的時(shí)候建議選用冷軋帶肋鋼，房屋建筑的室內(nèi)設(shè)計(jì)同樣需滿(mǎn)足相應(yīng)基本需求，旨在確保建筑具備有良好的經(jīng)濟(jì)安全性。
地基基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)――在建筑地基基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)進(jìn)程當(dāng)中，首先需要做到的是針對(duì)相關(guān)設(shè)計(jì)方案實(shí)施優(yōu)化選擇，若面對(duì)的建筑樁地基，則應(yīng)結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)的地理環(huán)境進(jìn)行類(lèi)型選擇，旨在實(shí)現(xiàn)造價(jià)的優(yōu)化節(jié)約，對(duì)于樁端持力層而言，因?yàn)楣嘧堕L(zhǎng)會(huì)受到直接影響，所以應(yīng)因地制宜地選擇正確的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。
2.3 功效
實(shí)現(xiàn)工程造價(jià)的優(yōu)化降低――在具體的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)程當(dāng)中，通過(guò)對(duì)比高層住宅與多層住宅可以知道，建筑層數(shù)越多，則會(huì)產(chǎn)生越大的建筑面積，單位面積所占的土地面積則越小，能夠盡可能實(shí)現(xiàn)用地成本的優(yōu)化節(jié)約，然而伴隨著建筑層數(shù)的加大導(dǎo)致建筑的總高度隨之加大，為此需盡可能加大建筑跟建筑相互之間的距離，進(jìn)而所占用的土地面積節(jié)約量跟建筑層數(shù)的不斷增加難以擁有相同比例情況。針對(duì)建筑基礎(chǔ)部分來(lái)說(shuō)，其是建筑各層所共同使用的，可是伴隨著建筑層數(shù)的不斷增加，導(dǎo)致基礎(chǔ)所承受荷載不斷加大，基于此需強(qiáng)化增大建筑基礎(chǔ)，如此一來(lái)，雖然建筑單位面積的造價(jià)大大降低，卻未能獲取像屋蓋那樣較為明顯的效果。
實(shí)現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)性的合理提升――伴隨著建筑層數(shù)的逐漸增加導(dǎo)致建筑墻體面積及柱體積不斷增加，進(jìn)而加大建筑結(jié)構(gòu)自身重力情況，基礎(chǔ)及柱的承載力隨之增加，建筑結(jié)構(gòu)中的電氣及水衛(wèi)管線越來(lái)越長(zhǎng)；反之，若是建筑層數(shù)相對(duì)降低，則能夠?qū)崿F(xiàn)建筑材料的有效節(jié)約，使得建筑能夠更好地實(shí)現(xiàn)抗震效果，與此同時(shí)，降低建筑總體高度，進(jìn)而縮短兩個(gè)建筑相互之間的日照距離，從間接方面實(shí)現(xiàn)實(shí)際用地的合理節(jié)約。若是建筑擁有相同面積，其各自的形狀各不相同的話，會(huì)造成建筑擁有不同的外墻周長(zhǎng)，建筑形狀為圓形或者是跟方形較為接近的時(shí)候，其對(duì)應(yīng)的外墻周長(zhǎng)系數(shù)則越小，外墻砌體及基礎(chǔ)、建筑內(nèi)外表面裝修則越少，與此同時(shí)，建筑所具備的受力性能獲得優(yōu)化提升，其對(duì)應(yīng)的經(jīng)濟(jì)性能有效增強(qiáng)。由此可見(jiàn)，充分實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)優(yōu)化方式的技術(shù)性，能夠使得建筑擁有使用美觀價(jià)值的同時(shí)盡可能降低投入成本，達(dá)到具體的經(jīng)濟(jì)適用、安全美觀、便捷施工需求，在房屋建筑設(shè)計(jì)中合理應(yīng)用結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)手段，能夠順應(yīng)現(xiàn)代市場(chǎng)的可持續(xù)發(fā)展要求。
3.結(jié)語(yǔ)
綜上，在建筑工程建設(shè)中，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中占據(jù)相對(duì)較大的比例，合理采用優(yōu)化技術(shù)能夠獲取較為可觀有效的經(jīng)濟(jì)效益，要求設(shè)計(jì)人員需嚴(yán)格遵循經(jīng)濟(jì)合理、美觀適用的相關(guān)原則，精心設(shè)計(jì)，運(yùn)用先進(jìn)的現(xiàn)代化科技手段，擇取合理性較強(qiáng)的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，盡可能在降低造價(jià)的同時(shí)實(shí)現(xiàn)最大化經(jīng)濟(jì)效益的合理獲取，確保建筑的高質(zhì)完成。
參考文獻(xiàn)
[1] 樊劍.關(guān)于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用探究[J].《城市建設(shè)理論研究（電子版）》，2013（24）.
[2] 呂芳.淺析房屋建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法與應(yīng)用[J].《科技創(chuàng)新與應(yīng)用 》，2013（34）.
[3] 鄒俊.建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的現(xiàn)實(shí)應(yīng)用[J].《科技傳播》，2010（19）.
關(guān)鍵詞：住宅；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；優(yōu)化
中圖分類(lèi)號(hào)：TU318 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A
引言
要想建筑物符合現(xiàn)代化的需求，那么，該建筑不僅要具有一定的使用價(jià)值，而且還需要一定的美學(xué)價(jià)值。我們?cè)谠O(shè)計(jì)房屋結(jié)構(gòu)的時(shí)候，一定要將五大基本問(wèn)題考慮清楚，分別是施工便利、安全、經(jīng)濟(jì)、美觀與實(shí)用。這也就要求我們?cè)谠O(shè)計(jì)建筑結(jié)構(gòu)，應(yīng)該盡可能地讓房屋的結(jié)構(gòu)安全、合理與可靠。
一、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的三個(gè)階段
結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的階段大體可以分為三個(gè)階段，結(jié)構(gòu)方案階段、結(jié)構(gòu)計(jì)算階段和施工圖設(shè)計(jì)階段。
結(jié)構(gòu)方案階段的內(nèi)容為：根據(jù)建筑的重要性、建筑所在地的抗震設(shè)防烈度、工程地質(zhì)勘查報(bào)告、建筑場(chǎng)地的類(lèi)別、建筑的高度和層數(shù)來(lái)確定建筑的結(jié)構(gòu)形式。 例如，磚混結(jié)構(gòu)、框架結(jié)構(gòu)、框剪結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)、筒體結(jié)構(gòu)、混合結(jié)構(gòu)等以及由這些結(jié)構(gòu)來(lái)組合而成的結(jié)構(gòu)形式。 確定了結(jié)構(gòu)的形式之后就要根據(jù)不同結(jié)構(gòu)形式的特點(diǎn)和要求來(lái)布置結(jié)構(gòu)的承重體系和受力構(gòu)件。
結(jié)構(gòu)計(jì)算階段的內(nèi)容為：1）荷載的計(jì)算。荷載包括外部荷載（如風(fēng)荷載、雪荷載、施工荷載、地下水的荷載、地震荷載、人防荷載等）和內(nèi)部荷載（如結(jié)構(gòu)自重荷載、使用荷載、裝修荷載等）。 荷載的計(jì)算要根據(jù)荷載規(guī)范的要求和規(guī)定，采用不同的組合值系數(shù)和準(zhǔn)永久值系數(shù)等來(lái)進(jìn)行不同工況下的組合計(jì)算。2）構(gòu)件的試算。根據(jù)計(jì)算出的荷載值、構(gòu)造措施要求、使用要求及各種計(jì)算手冊(cè)上推薦的試算方法來(lái)初步確定構(gòu)件的截面。 3）內(nèi)力的計(jì)算。 根據(jù)確定的構(gòu)件截面和荷載值來(lái)進(jìn)行內(nèi)力的計(jì)算，包括彎矩、剪力、扭矩、軸心壓力及拉力等。 4）構(gòu)件的計(jì)算。根據(jù)計(jì)算出的結(jié)構(gòu)內(nèi)力及規(guī)范對(duì)構(gòu)件的要求和限制（如軸壓比、剪跨比、跨高比、裂縫和撓度等）來(lái)復(fù)核結(jié)構(gòu)試算的構(gòu)件是否符合規(guī)范規(guī)定和要求。 如不滿(mǎn)足要求則要調(diào)整構(gòu)件的截面或布置直到滿(mǎn)足要求為止。
施工圖設(shè)計(jì)階段的內(nèi)容為: 根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果最終確定構(gòu)件布置、構(gòu)件配筋，根據(jù)規(guī)范的要求來(lái)確定結(jié)構(gòu)構(gòu)件的構(gòu)造措施。
二、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法概念
結(jié)構(gòu)優(yōu)化的目的是滿(mǎn)足住宅建筑的基本功能需求和舒適度要求，滿(mǎn)足建筑質(zhì)量安全和美觀度要求，對(duì)住宅建筑結(jié)構(gòu)造價(jià)進(jìn)行控制。建筑房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化需要對(duì)空間資源、設(shè)備資源、材料資源、經(jīng)濟(jì)資源進(jìn)行充分利用和合理配置。這種優(yōu)化設(shè)計(jì)比傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)能夠節(jié)省5% ―33% 的工程造價(jià)，所以在項(xiàng)目施工中，要從建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的方法出發(fā)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，一切從實(shí)際出發(fā)，提高工程的經(jīng)濟(jì)效益。
根據(jù)建筑設(shè)計(jì)的總體要求，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要盡量減小質(zhì)量中心和剛度中心的差異，保證建筑在水平荷載的作用下不會(huì)產(chǎn)生很大的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。建筑平面結(jié)構(gòu)盡量采用對(duì)稱(chēng)和規(guī)則方式，在滿(mǎn)足建筑相應(yīng)的功能條件下，使豎直方向上相應(yīng)的承重構(gòu)件保持上下貫通。為了保證結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)潔性和設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)單性，盡量減少轉(zhuǎn)換層的使用。豎向剛度采取漸變的方式，避免水平荷載作用產(chǎn)生應(yīng)力集中，產(chǎn)生剛度突變。
三、住宅建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的方法
（一）結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型的建立
系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)模型是選擇結(jié)構(gòu)中影響變量的主要參數(shù)來(lái)建立相應(yīng)的函數(shù)模型。這種模型的建立能夠運(yùn)用科學(xué)、合理的計(jì)算方法得出較好的優(yōu)化方案。建立模型需要?jiǎng)澐譃槿齻€(gè)步驟。
1、確立設(shè)計(jì)變量參數(shù)
變量的選擇對(duì)最終設(shè)計(jì)方案的確定有著重要的數(shù)據(jù)參考意義。建立模型首先要對(duì)設(shè)計(jì)中變量的參數(shù)進(jìn)行篩選，選擇對(duì)總體結(jié)構(gòu)有較大影響，變化幅度小，考慮因素少的參數(shù)錯(cuò)位參考指標(biāo)，降低結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、計(jì)算的工作難度。
2、確定相關(guān)目標(biāo)函數(shù)
然后對(duì)工程中各種參數(shù)進(jìn)行按照重要性進(jìn)行屬性劃分，將影響不大的參數(shù)定為預(yù)定參數(shù)，減少函數(shù)模型中的計(jì)算量。
確定目標(biāo)函數(shù)后，找出符合條件的最優(yōu)解。然后根據(jù)房屋結(jié)構(gòu)的應(yīng)力約束、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度約束、裂縫寬度約束等一系列約束條件進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，保證結(jié)構(gòu)的合理性。
3、衡量條件
系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案涉及到多個(gè)變量和多個(gè)約束條件，可變性較大。約束條件包括房屋尺寸、架構(gòu)穩(wěn)定性、受力限度、變形限度結(jié)構(gòu)可塑性程度等，設(shè)計(jì)者要根據(jù)房屋建造規(guī)條把施工中的約束條件和目標(biāo)確定的約束條件進(jìn)行比較和分析，保證各種條件符合相關(guān)規(guī)定，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)。
在設(shè)計(jì)優(yōu)化的過(guò)成中要化繁為簡(jiǎn)，將約束條件轉(zhuǎn)換成約束條件進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算方法常有符合型法、以及 Powell 法等。計(jì)算的過(guò)程中編制相應(yīng)的運(yùn)算程序進(jìn)行輔助優(yōu)化，最終得到最優(yōu)化的結(jié)果。
（二）結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的計(jì)算方法
對(duì)于設(shè)計(jì)優(yōu)化的計(jì)算部分，應(yīng)在實(shí)際經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，考慮到未來(lái)種種可能性變化。比較通用的一種做法是將問(wèn)題的約束性分解后進(jìn)行計(jì)算，也就是利用無(wú)約束條件計(jì)算。通常，用的比較廣泛的方法有“拉氏乘子法”，“復(fù)合形法”。另外，對(duì)建筑抗震能力的優(yōu)化也必須在考慮之中，計(jì)算“振型組合數(shù)”，這與結(jié)構(gòu)密不可分，結(jié)構(gòu)的層數(shù)，結(jié)構(gòu)的靈活性都與之相關(guān)。根據(jù)規(guī)定，“振型數(shù)不宜小于 15． ”通過(guò)測(cè)算得到最優(yōu)解，確立最佳方案。
四、住宅建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的應(yīng)用分析
（一）整體優(yōu)化和局部?jī)?yōu)化
任何一項(xiàng)目建筑的設(shè)計(jì)都具備層次性及復(fù)雜性?xún)煞矫娴奶攸c(diǎn)。以層次性看來(lái)，其一般包含建筑的設(shè)計(jì)體系、結(jié)構(gòu)體系及安裝設(shè)計(jì)體系等，每一個(gè)體系內(nèi)又囊括了多個(gè)下屬體系。進(jìn)行住宅建筑設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)對(duì)各個(gè)下屬系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，將各個(gè)布局間的橫向關(guān)聯(lián)沖破，疊加工程；以復(fù)雜性看來(lái)，其一般包含建筑原料選取、零部件選取、結(jié)構(gòu)類(lèi)型選取等內(nèi)容。所以，對(duì)于任一住宅建筑來(lái)講，就應(yīng)從整體進(jìn)行優(yōu)化，方可真正實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)優(yōu)化。
（二）分階段優(yōu)化與壽命優(yōu)化
在限定時(shí)間內(nèi)，每一個(gè)項(xiàng)目工程都有使用的期限，而且在每一個(gè)環(huán)節(jié)中，都可以設(shè)計(jì)出多種方案以供參考與挑選。也就是說(shuō)，在每個(gè)階段，都可以對(duì)方案進(jìn)行優(yōu)化。因此，住宅建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)人員可在確定優(yōu)化方法的時(shí)候，可以將各個(gè)階段的性質(zhì)作為依據(jù)，從而優(yōu)化整體工程的壽命，并對(duì)建筑的施工質(zhì)量予以保障，使得企業(yè)的經(jīng)濟(jì)收益能夠有所增加。
（三）樁基礎(chǔ)優(yōu)化
樁基礎(chǔ)可以劃分為灌注樁及預(yù)制樁兩種樁型。因?yàn)楣嘧对谑┕r(shí)質(zhì)量較難控制，并且操作復(fù)雜，時(shí)間較長(zhǎng)。所以，如果在沉降符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，應(yīng)利用預(yù)制樁進(jìn)行施工。另外，因?yàn)樵谄胀顩r下，伴隨著樁基的不斷深入，土壤對(duì)樁身的作用及摩擦也隨之增大，所以，應(yīng)盡量選取長(zhǎng)度較大的預(yù)制樁。
（四）優(yōu)化上部結(jié)構(gòu)
要想模型建立與優(yōu)化住宅建筑的上部結(jié)構(gòu)，首先就要對(duì)剪力墻進(jìn)行合理的布設(shè)，對(duì)剪力墻的質(zhì)量均勻予以有效保證。這樣，樓層的結(jié)構(gòu)重心便能同樓層的平面剛度中心點(diǎn)實(shí)現(xiàn)重合，從而有效地削減了風(fēng)力以及地震等外部荷載作用的扭轉(zhuǎn)影響。如果房屋的類(lèi)型允許的話，那么可以盡量使用大開(kāi)間的剪力墻構(gòu)造，并對(duì)剪力墻的墻肢長(zhǎng)進(jìn)行增加。這樣做，不僅可以有效地對(duì)墻肢的數(shù)量進(jìn)行縮減，還可以確保剛度能夠與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)相符合，并以此作為前提與基礎(chǔ)，有效地降低混凝土的使用數(shù)量。此外，因?yàn)榧袅χ械陌抵ǔ２捎玫亩际卿摻罱ú模ㄟ^(guò)大開(kāi)間的剪力墻構(gòu)造應(yīng)用，是可以有效縮減鋼筋的使用數(shù)量。
（五）結(jié)構(gòu)同建筑的協(xié)調(diào)優(yōu)化
在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡可能保證建筑的結(jié)構(gòu)同整體平面的配合緊密，從而實(shí)現(xiàn)造型美觀、結(jié)構(gòu)合理的效果。在進(jìn)行建筑柱及墻的布設(shè)時(shí)，應(yīng)同房建平面的功能需求相一致，每個(gè)房間的進(jìn)深、開(kāi)間都應(yīng)保持統(tǒng)一。建筑系統(tǒng)盡可能簡(jiǎn)潔，墻與柱不可以出現(xiàn)錯(cuò)位情況，每一層的高度及截面面積應(yīng)相同。進(jìn)行樓體或電梯的設(shè)計(jì)時(shí)，其應(yīng)力集中或受力方向較多的轉(zhuǎn)角區(qū)域，承重構(gòu)件應(yīng)盡可能選取高強(qiáng)建材，從而降低自重，而非承重的構(gòu)建應(yīng)選用質(zhì)量較輕的建材。整體建筑在布局方面應(yīng)保證重心、剛心及質(zhì)心交疊，預(yù)防出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)情況。
五、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化注意事項(xiàng)
選擇合適的結(jié)構(gòu)類(lèi)型。不同的住宅建筑工程由不同的結(jié)構(gòu)形式。常見(jiàn)的類(lèi)型主要包括短肢剪力墻結(jié)構(gòu)、框架結(jié)構(gòu)、框架―剪力墻結(jié)構(gòu)。這三種類(lèi)型各具特色、各具優(yōu)缺點(diǎn)，在選擇類(lèi)型的過(guò)程中要充分結(jié)合房屋功能需求以及工程的經(jīng)濟(jì)能力，在保證質(zhì)量的前提下平衡投資和收益，保證工程利益的最大化。短肢剪力墻結(jié)構(gòu)大多運(yùn)用于高層建筑中，主要特點(diǎn)是以混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程為依據(jù)，對(duì)鋼筋數(shù)量要求不高，對(duì)剪力墻抗震要求較高; 框架結(jié)構(gòu)對(duì)空間的優(yōu)化效果最為顯著，空間大、不僅靈活、造價(jià)低。但是抗震能力較低，柱截面較大，形成的柱角凸出部位會(huì)影響家具的擺放; 框架―剪力墻結(jié)構(gòu)是合理布置一定數(shù)量的剪力強(qiáng)，有較好的抗側(cè)力，還能增強(qiáng)適用性和合理性。
結(jié)語(yǔ)
建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一項(xiàng)系統(tǒng)而復(fù)雜的工作, 它需要深厚的理論基礎(chǔ)以及靈活的創(chuàng)新思維和嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的工作態(tài)度。在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí),既要考慮用戶(hù)對(duì)房屋使用效果的要求,還要兼顧建筑的質(zhì)量、安全性、穩(wěn)定性等多方面的內(nèi)容。這就要求設(shè)計(jì)人員從一個(gè)個(gè)基本的構(gòu)件算起，做到知其所以然，深刻理解規(guī)范和規(guī)程的含義，密切配合其他專(zhuān)業(yè)來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。 在工作中應(yīng)事無(wú)巨細(xì)，善于反思和總結(jié)工作中的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)。
參考文獻(xiàn)：
[1]王媛.淺析住宅建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化分析[J].城市建筑,2013,12:45.
關(guān)鍵詞：鋼筋混凝土；優(yōu)化設(shè)計(jì)
鋼筋混凝土的材料便于得到，工程造價(jià)較低，并且其力學(xué)性質(zhì)良好，很適合做建筑材料。在現(xiàn)代化建筑中鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)是最常用的，而且也是最為穩(wěn)定的。隨著建筑應(yīng)用的越來(lái)越多，逐漸總結(jié)出一套成熟的施工設(shè)計(jì)方案。由于建筑的大部分結(jié)構(gòu)都是由鋼筋和混凝土構(gòu)成的，為了保證建筑的安全可靠，對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究是勢(shì)在必行的。只有將整個(gè)結(jié)構(gòu)研究透徹才能在此基礎(chǔ)上進(jìn)行拓展和創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)合理優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)從而降低工程成本的目標(biāo)。
1鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原則
1.1鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的實(shí)用性原則
在進(jìn)行鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，首先要考慮的就是結(jié)構(gòu)的實(shí)用性。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的根本目的就是進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用，沒(méi)有使用價(jià)值是不會(huì)有人去建設(shè)的。設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)如果只滿(mǎn)足美觀忽略了實(shí)際的用途，那就是一張廢紙，只有滿(mǎn)足使用者的需求，這個(gè)建筑材有存在的意義，這個(gè)設(shè)計(jì)才有實(shí)施的必要。
1.2鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的安全性原則
鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)該突出安全，一方面要確保鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)施工過(guò)程中安全目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，要為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)施工創(chuàng)造一個(gè)安全的環(huán)境，這是進(jìn)行鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的必要前提。另一方面要確保鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)使用的安全，力爭(zhēng)在建筑物和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的使用壽命中做到對(duì)安全的保證，這是對(duì)建筑功能和使用者人身安全的重要基礎(chǔ)。
1.3鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的整體性原則
應(yīng)該將鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)工作進(jìn)一步深化，使整體性原則得到進(jìn)一步落實(shí)，讓整個(gè)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)達(dá)到一個(gè)性能綜合、結(jié)構(gòu)連續(xù)的整體，在實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑物功能維護(hù)的同時(shí)，確保整個(gè)工程的統(tǒng)一。
2鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求
2.1鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)延展性要求
鋼筋混凝土有較強(qiáng)的硬度同時(shí)也還有一定的延展性。只有延展性和硬度能夠有效的結(jié)合才能具有較強(qiáng)抗壓性和抗形變性。所以在進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化時(shí)要考慮鋼筋混凝土的延展性參數(shù)，這一參數(shù)調(diào)整到位，才能提高建筑對(duì)地震等自然災(zāi)害的抵抗能力。具有一定的柔性性質(zhì)才能對(duì)突發(fā)的應(yīng)力變化起到緩沖作用，利用微小的形變來(lái)阻止整個(gè)建筑的傾倒、滑移甚至是坍塌。所以對(duì)于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一定要科學(xué)合理，這樣才能保證整體結(jié)構(gòu)的延展性符合規(guī)定滿(mǎn)足實(shí)際施工的需要。
2.2鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)傾斜力要求
建筑在使用的過(guò)程中，會(huì)受到自然界因素的影響，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)會(huì)在地震等的
水平作用力下出現(xiàn)傾斜，進(jìn)而對(duì)整個(gè)混凝土結(jié)構(gòu)造成影響。在設(shè)計(jì)混凝土結(jié)構(gòu)時(shí)就要結(jié)合當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況對(duì)傾斜程度進(jìn)行估算，進(jìn)而采取一些措施控制結(jié)構(gòu)的傾斜，保持整體的穩(wěn)定和連續(xù)，這一點(diǎn)在設(shè)計(jì)上是不容忽視的。
3優(yōu)化鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方法
3.1結(jié)構(gòu)計(jì)算方法的優(yōu)化
鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)計(jì)算分析方法是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的關(guān)鍵。首先是對(duì)結(jié)構(gòu)體系選擇的優(yōu)化，主要是確定經(jīng)濟(jì)合理的結(jié)構(gòu)型式、柱網(wǎng)尺寸和剪力墻布置等；其次是對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行優(yōu)化，在已確定結(jié)構(gòu)體系和結(jié)構(gòu)布置的前提下，確定經(jīng)濟(jì)合理的構(gòu)件截面尺寸、混凝土強(qiáng)度等級(jí)、鋼筋強(qiáng)度等級(jí)和配筋量。優(yōu)化設(shè)計(jì)在初始假設(shè)后，需按一定的方法通過(guò)多次分析和調(diào)整，從而獲得最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案。在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中，構(gòu)件尺寸一般先按經(jīng)驗(yàn)確定，然后進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算。在優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)對(duì)不同構(gòu)件布置方式和不同截面尺寸進(jìn)行配筋計(jì)算，并作經(jīng)濟(jì)比較，以確定最優(yōu)構(gòu)件布置方式和截面尺寸。
3.2結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范的理解
鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)須深入地掌握相關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范，理解規(guī)范實(shí)質(zhì)，并注意規(guī)范的適用范圍和規(guī)范使用的配套性。在計(jì)算樁數(shù)時(shí)，荷載效應(yīng)采用標(biāo)準(zhǔn)組合，對(duì)應(yīng)的抗力采用單樁承載力特征值；在確定承臺(tái)高度及配筋，驗(yàn)算材料強(qiáng)度時(shí)，荷載效應(yīng)取基本組合，采用相應(yīng)的分項(xiàng)系數(shù)，對(duì)應(yīng)的抗力計(jì)算采用材料強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。抗震墻分加強(qiáng)部位和非加強(qiáng)部位，邊緣構(gòu)件分約束邊緣構(gòu)件和構(gòu)造邊緣構(gòu)件，這兩種邊緣構(gòu)件的配筋相差很大，應(yīng)分別按不同的構(gòu)造要求進(jìn)行配筋。設(shè)計(jì)優(yōu)化前必須透徹地理解概念，勿盲目提高標(biāo)準(zhǔn)，以免造成設(shè)計(jì)浪費(fèi)。
3.3設(shè)計(jì)參數(shù)取值的優(yōu)化
為取得良好的優(yōu)化效果，在設(shè)計(jì)參數(shù)取值上要進(jìn)行優(yōu)化。對(duì)毛坯房，要根據(jù)各地具體情況和房屋設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，合理考慮各功能空間的二次裝修荷載。在計(jì)算墻體荷載時(shí)，應(yīng)考慮實(shí)際墻體高度、長(zhǎng)度和開(kāi)洞影響，墻體高度的取值應(yīng)扣除鋼筋混凝土梁板的高度，墻體長(zhǎng)度的取值應(yīng)扣除鋼筋混凝土墻柱的長(zhǎng)度，并應(yīng)扣除洞口面積。消防車(chē)等荷載宜按等效荷載取值。樓面活荷載按實(shí)際使用功能合理取值，并按規(guī)范規(guī)定考慮樓面活荷載的折減。正確取用抗震設(shè)防烈度、場(chǎng)地類(lèi)別，合理確定風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值和風(fēng)載體型系數(shù)，必要時(shí)可根據(jù)風(fēng)洞試驗(yàn)確定風(fēng)載體型系數(shù)。根據(jù)不同荷載組合和不同計(jì)算內(nèi)容選用荷載分項(xiàng)系數(shù)。在進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)，當(dāng)上部結(jié)構(gòu)傳給基礎(chǔ)的荷載為設(shè)計(jì)值時(shí)，應(yīng)將設(shè)計(jì)值轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)值。
3.4剪力墻
一方面，要實(shí)現(xiàn)剪力墻布置的對(duì)稱(chēng)、集中，要在重點(diǎn)環(huán)節(jié)做到剪力墻設(shè)置的均勻化，在變化較大的位置應(yīng)該縮短剪力墻的間距，以便實(shí)現(xiàn)恒載的平衡。另一方面，要實(shí)現(xiàn)剪力墻雙向的布置，提高整個(gè)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。
4.鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的措施
4.1鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的安全性
設(shè)計(jì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的過(guò)程中要將結(jié)構(gòu)自身的抗震性能及外部人為因素可能造成的破壞考慮周全，切實(shí)提升鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的抗震和抗損的性能。設(shè)計(jì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)過(guò)程中要考慮鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)荷載的變化問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的安全與穩(wěn)定。
4.2鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的抗震性
設(shè)計(jì)人員要以抗震概念設(shè)計(jì)為依據(jù)，對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)體系、平立面設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)構(gòu)件延展性等進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，以使鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的抗震能力得到有效的提升。
4.3混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性
首先，要選擇質(zhì)量良好的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的材料，從穩(wěn)定性能、抗侵入性能、抗裂性能等幾個(gè)方面入手，選擇堅(jiān)固、耐久、潔凈的骨料，含堿量與水化熱反應(yīng)較低的水泥，減少對(duì)于硅酸鹽水泥與用水量的應(yīng)用，并適當(dāng)?shù)貙⒌V物摻合料加入到材料中。其次，優(yōu)化鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)人員要根據(jù)實(shí)際的使用環(huán)境，明確建筑中不同結(jié)構(gòu)構(gòu)件的使用界限與注意事項(xiàng)。最后，應(yīng)用合理的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)形式，要在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)出混凝土保護(hù)層，并通過(guò)協(xié)調(diào)構(gòu)件的截面積與表面積，避免侵蝕性物質(zhì)集中停留區(qū)域的形成，同時(shí)注意高侵蝕度的環(huán)境中，混凝土墻板的通風(fēng)效果，并注意配筋間距的合理設(shè)計(jì)，以減少鋼筋銹蝕、保護(hù)層剝離等問(wèn)題在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)。
5.結(jié)論
現(xiàn)代的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的施工技術(shù)已經(jīng)比較成熟，在優(yōu)化時(shí)并不是針對(duì)設(shè)計(jì)的參數(shù)，而是在滿(mǎn)足施工質(zhì)量的前提下縮減成本開(kāi)支。想要實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)就學(xué)要有扎實(shí)的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)，還需要有新技術(shù)和新設(shè)備的加入，是需要不斷探索和專(zhuān)研的。鋼筋混凝土機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化涉及的環(huán)節(jié)多，不同的施工階段要采用不同的優(yōu)化方法，很多時(shí)候還需要結(jié)合實(shí)際的施工情況進(jìn)行分析處理。
關(guān)鍵詞：建筑工程；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；優(yōu)化
高層建筑高度不斷增加的同時(shí),增大了高層建筑側(cè)向的位移，所以，在對(duì)高層建筑進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，不但具有一定的強(qiáng)度,而且結(jié)構(gòu)剛度適宜,使其在結(jié)構(gòu)上的自振頻率等一些動(dòng)力特性更加合理,從而控制水平作用力下的層位移在一定空間。此外，為了防止高層建筑在大型地震下出現(xiàn)倒塌的情況,一定要以必要強(qiáng)度為前提,在清晰的概念設(shè)計(jì)以及科學(xué)的構(gòu)造措施基礎(chǔ)上,將全部結(jié)構(gòu)、尤其是薄弱層面的變形能力提高上來(lái),確保結(jié)構(gòu)的延性。所以,在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，這些因素是不容忽視的,設(shè)計(jì)合理,具有相當(dāng)強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)、剛度適宜、延性良好。
1、 有關(guān)建筑結(jié)構(gòu)的分析
1.1結(jié)構(gòu)材料的分析
在假定線彈性對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的位移、內(nèi)力時(shí),通常假設(shè)成構(gòu)件與結(jié)構(gòu)處在彈性工作情況跟下,以彈性理論為根據(jù)進(jìn)行研究,但連梁及框架梁等一些構(gòu)件則要求由局部塑性變形產(chǎn)生的內(nèi)力重分布做出研究。將計(jì)算地震環(huán)境下建筑結(jié)構(gòu)易變形的薄弱層選擇彈塑性方面分析其方法。
1.2剛性樓板的分析
在對(duì)高層建筑的位移與內(nèi)力進(jìn)行計(jì)算的過(guò)程中，一般假定樓板在本身的平面內(nèi)是無(wú)限的剛性,由于平面外剛度極小所以將其排除在計(jì)算之外，在假定為剛性樓板情況下,在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)就要使用一些措施以保樓板平面內(nèi)整體剛度。
1.3計(jì)算圖形的分析
在高層建筑結(jié)構(gòu)的體系中，進(jìn)行全面分析所使用的計(jì)算圖形分為：一維以及二維協(xié)同分析和三維空間分析。
1.4小變形分析
在所有方法中是經(jīng)常運(yùn)用的基本假定。但專(zhuān)家們?cè)谘芯糠蔷€性問(wèn)題(P―Δ效應(yīng))后得出了新的結(jié)論，通常在頂點(diǎn)水平位移Δ與建筑物高度H的比值Δ/H>1/500時(shí),就應(yīng)該將P―Δ效應(yīng)考慮在計(jì)算內(nèi)。
2、優(yōu)化建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方法
2.1優(yōu)化基礎(chǔ)拉梁設(shè)計(jì)
在多層框架房屋的基礎(chǔ)埋深值較大的情況下，為了將計(jì)算小底層柱的長(zhǎng)度以及底層的位移減小，在±0.000之內(nèi)合理位置進(jìn)行基礎(chǔ)拉梁的設(shè)置，但在設(shè)計(jì)時(shí)按構(gòu)造要求進(jìn)行設(shè)置是不合理的，應(yīng)該按框架梁設(shè)計(jì)，根據(jù)相關(guān)規(guī)定對(duì)箍筋加密區(qū)進(jìn)行設(shè)置。從抗震方面來(lái)講，基礎(chǔ)方案應(yīng)采用短柱。通常情況下，在獨(dú)立基礎(chǔ)埋置較淺時(shí)，因?yàn)椴涣嫉牡鼗蛞蛑雍奢d落差較大時(shí)，根據(jù)抗震的需要，可順著兩個(gè)主軸的方向進(jìn)行構(gòu)造基礎(chǔ)拉梁的設(shè)置。基礎(chǔ)拉梁的截面寬度可取柱中心距1/20～1/30，高度取柱中心距1/10～1/15。對(duì)于構(gòu)造基礎(chǔ)拉梁截面應(yīng)在上述限值范圍以下，縱向受力鋼筋要取在所連接柱子最大的軸力設(shè)計(jì)值的10%為壓力或拉力來(lái)計(jì)算，作為構(gòu)造配筋時(shí)，應(yīng)符合最小配筋率的要求。基礎(chǔ)拉梁頂標(biāo)高通常與基礎(chǔ)頂標(biāo)高一致，在框架底層的層高出現(xiàn)不足或者基礎(chǔ)埋置較淺的情況時(shí)，有時(shí)要設(shè)計(jì)較大的基礎(chǔ)拉梁，便于通過(guò)拉梁來(lái)平衡柱底的彎矩。此時(shí)，拉梁鋼筋要進(jìn)行通長(zhǎng)設(shè)計(jì)。拉梁的正負(fù)彎矩鋼筋包括于在框架柱之內(nèi)的拉梁箍筋、錨固的加密以及有關(guān)于抗震構(gòu)造的需要應(yīng)與上部框架梁全部一致。
2.2優(yōu)化獨(dú)立基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的荷載取值
采用鋼筋混凝土進(jìn)行多層框架設(shè)計(jì)時(shí)，房屋一般使用柱下獨(dú)立基礎(chǔ)的方法，當(dāng)?shù)鼗年P(guān)鍵受力層的范圍之內(nèi)沒(méi)有軟弱的粘性土層時(shí)，小于8層且高度不超過(guò)25m的普通民用框架房屋或者荷載一定的多層的框架廠房，可以不進(jìn)行驗(yàn)算地基以及基礎(chǔ)的抗震承載能力。但這些房屋在進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)要將風(fēng)荷載對(duì)其造成的的影響考慮在內(nèi)。所以，在進(jìn)行整體計(jì)算分析鋼筋混凝土多層框架房屋時(shí)，務(wù)必將風(fēng)荷載輸入，不能由于地震區(qū)的高層建筑之外的普通建筑風(fēng)荷載沒(méi)有起控制作用就將其忽視；另一方面，在獨(dú)立基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的時(shí)候，在基礎(chǔ)上面的外荷載柱的腳內(nèi)力設(shè)計(jì)值，僅取彎矩設(shè)計(jì)值以及軸力設(shè)計(jì)值，不取剪力設(shè)計(jì)值，甚至也不取彎矩設(shè)計(jì)值。以上兩方面會(huì)最終會(huì)使基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的配筋偏少，尺寸偏小，對(duì)于基礎(chǔ)及上部結(jié)構(gòu)的安全造成了威脅。
2.3優(yōu)化柱箍筋與框架梁的間距
針對(duì)抗震等級(jí)不同的框架梁，要明確規(guī)定柱箍筋加密區(qū)箍筋直徑的最小值以及最大箍筋的間距。按照這些規(guī)定，一般情況下，工程經(jīng)常取柱、梁在箍筋加密區(qū)間距最大值為100mm，在非加密區(qū)箍筋間距的最大值為200mm。在電算程序全部信息中一般內(nèi)定的柱、梁箍筋加密區(qū)為100mm的間距，并以此為憑證從而計(jì)算出加密區(qū)箍筋的面積，因此設(shè)計(jì)人員應(yīng)按照規(guī)范明確箍筋直徑以及其肢數(shù)。然而，在內(nèi)定程序的情況下，在框架梁的跨中位置有次梁或者有過(guò)大的其他集中荷載作用而箍筋卻僅為兩肢箍時(shí)，可合理的加密箍筋間距或增加箍筋直徑。在框架內(nèi)定柱的加密區(qū)箍筋在100mm的間距時(shí)，在一般時(shí)候，框架柱或許由于非加密區(qū)的箍筋采用200mm的間距而導(dǎo)致配箍不足。所以，我們應(yīng)合理的強(qiáng)化箍筋直徑以及加密箍筋的間距。這里需要注意的是，在驗(yàn)算柱、梁箍筋非加密區(qū)的配箍時(shí)可以忽略強(qiáng)剪弱彎的規(guī)定，即以加密區(qū)終點(diǎn)處為剪力設(shè)計(jì)值，并且不計(jì)算剪力增大系數(shù)。
2.4優(yōu)化框架計(jì)算簡(jiǎn)圖
對(duì)于沒(méi)有地下室采用鋼筋混凝土的多層框架房屋來(lái)講，獨(dú)立基礎(chǔ)的埋置過(guò)深，大約在-0.30m無(wú)基礎(chǔ)拉梁的情況下，應(yīng)輸入基礎(chǔ)拉梁按層Ⅰ考慮。如：某項(xiàng)目是3層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，屬丙類(lèi)建筑，其建筑場(chǎng)地是Ⅱ類(lèi)； 3.2m層高，1.0m的基礎(chǔ)埋深，基礎(chǔ)高度為0.7m，室內(nèi)外高差為0.30m。抗震設(shè)防烈度為7度，該工程的框架結(jié)構(gòu)抗震等級(jí)為三級(jí)。設(shè)計(jì)者在計(jì)算時(shí)應(yīng)以3層框架房屋計(jì)算，首層層高為3.5m，即假定框架房屋嵌固于-0.30m基礎(chǔ)拉梁的頂面；配筋與截面按構(gòu)造設(shè)計(jì)；以中心受壓計(jì)算其基礎(chǔ)。明顯看出，用此種計(jì)算簡(jiǎn)圖并不恰當(dāng)。在設(shè)拉梁層的時(shí)候，通常來(lái)說(shuō)，要比較底層柱的配筋是由基礎(chǔ)頂面處的截面控制還是由基礎(chǔ)拉梁處的截面控制。由于地基土具有約束性的計(jì)算簡(jiǎn)圖，在進(jìn)行電算時(shí)，基礎(chǔ)拉梁要按層1輸入，輸入基礎(chǔ)拉梁墻荷，設(shè)計(jì)配筋時(shí)按電算結(jié)果為準(zhǔn)。
2.5優(yōu)化結(jié)構(gòu)周期的折減系數(shù)
框架結(jié)構(gòu)，框架--剪力墻結(jié)構(gòu)及剪力墻結(jié)構(gòu)等，由于存在填充墻，結(jié)構(gòu)實(shí)際的剛度要比計(jì)算剛度要大，計(jì)算周期要比實(shí)際周期大，所以，地震剪力的結(jié)果偏小，結(jié)構(gòu)就處于不安全的狀態(tài)下，因而一定要折減結(jié)構(gòu)計(jì)算的周期，因此不折減高層建筑結(jié)構(gòu)的計(jì)算周期或者折減系數(shù)取值過(guò)大的做法都不正確。從框架結(jié)構(gòu)方面來(lái)講，使用砌體對(duì)墻體進(jìn)行填充時(shí)，自振周期的折減系數(shù)在0.6～0.7之間；在砌體填充墻過(guò)少或者使用輕質(zhì)砌塊的時(shí)候，取值在0.7～0.8之間；采用的完全是輕質(zhì)墻體板的時(shí)候，取值在0.9。不折減計(jì)算周期的情況要以無(wú)墻的純框架為前提。
2.6優(yōu)化地下室的層數(shù)輸入
多層框架結(jié)構(gòu)房屋也有設(shè)置地下室的。由于隔墻少，常采用筏板式基礎(chǔ)。在電算時(shí)，應(yīng)將地下室層數(shù)和上部結(jié)構(gòu)一起輸入，并在總信息中按實(shí)際的地下室層數(shù)填寫(xiě)。這樣，計(jì)算地基和基礎(chǔ)底板的豎向荷載可以一次形成，并且在抗震計(jì)算時(shí)，程序會(huì)自動(dòng)對(duì)框架底層柱底截面的彎矩設(shè)計(jì)值乘以增大系數(shù)。同時(shí)通過(guò)對(duì)層間側(cè)移剛度比的分析比較，還可以正確判斷和調(diào)整房屋的嵌固位置，并采取相應(yīng)的抗震構(gòu)造措施，保證樓板有必要的厚度和最小配筋率等。當(dāng)結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為豎向不規(guī)則時(shí)，不僅要驗(yàn)算薄弱層，而且還要對(duì)薄弱層的地震剪力乘以1.15的增大系數(shù)。如果在結(jié)構(gòu)總體計(jì)算中，總信息中填寫(xiě)的地下室層數(shù)少于實(shí)際輸入的層數(shù)，彎矩設(shè)計(jì)值增大系數(shù)將會(huì)乘錯(cuò)位置，從而在發(fā)生地震時(shí)，會(huì)使極易發(fā)生震害的底層柱底部位因抗震能力降低而破壞。
3、結(jié)語(yǔ)
綜上所述，隨著高層建筑不斷發(fā)展,在高層建筑的材料、形式、力學(xué)分析的模型上日益復(fù)雜化且多樣化。通過(guò)優(yōu)化建筑工程結(jié)構(gòu)而進(jìn)行設(shè)計(jì)處理，以達(dá)到整體優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的最終目標(biāo)，從而在設(shè)計(jì)要求上更具有科學(xué)性、經(jīng)濟(jì)性及合理性。
參考文獻(xiàn)：
[1]徐銀夫.關(guān)于高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的研究[J].科技經(jīng)濟(jì)市場(chǎng),2006(02).
關(guān)鍵詞：油箱；ANSYS Workbench；機(jī)械強(qiáng)度；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.21.077
1 引言
油箱是油浸電力變壓器的重要組成部分之一，作為內(nèi)、外部零件的載體，其結(jié)構(gòu)機(jī)械強(qiáng)度優(yōu)劣直接影響變壓器的運(yùn)行狀態(tài)，也可以滿(mǎn)足長(zhǎng)途運(yùn)輸?shù)男枨骩1]。隨著電壓等級(jí)和容量的增大，則油箱的設(shè)計(jì)要求也不盡相同，則外形尺寸變得越來(lái)越大。而在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，由于所用材料及工藝水平的差異，控制成本，存在著結(jié)構(gòu)性能不足，出現(xiàn)整體結(jié)構(gòu)薄弱區(qū)域，造成試驗(yàn)及運(yùn)輸過(guò)程中油箱開(kāi)裂或過(guò)度變形，即箱壁等位置變形量超出試驗(yàn)允許值，降低效益[2]。所以多年來(lái)油箱結(jié)構(gòu)優(yōu)化被受重視，會(huì)避免結(jié)構(gòu)性能的不足，大大提高設(shè)計(jì)質(zhì)量和產(chǎn)品成本，產(chǎn)生明顯的經(jīng)濟(jì)效益。
上世紀(jì)90 年代以來(lái)，變壓器行業(yè)快速迅猛發(fā)展，其需求隨之大幅增加。設(shè)計(jì)者采用經(jīng)驗(yàn)、類(lèi)比設(shè)計(jì)的方法確定油箱結(jié)構(gòu)整體參數(shù)。按照GB 1094.1-2013、GB/T 6451-2008及JB/T 501-2006對(duì)變壓器油箱機(jī)械強(qiáng)度的要求[3-5]，油箱不得有損傷和不允許的永久變形，保證嚴(yán)格的密封性。而作者針對(duì)公司葡萄牙項(xiàng)目油箱重點(diǎn)討論，采用有限元分析計(jì)算軟件ANSYSWorkbench[6-8]來(lái)仿真分析變壓器油箱在正壓試驗(yàn)下的各部位準(zhǔn)確的變形值及應(yīng)力分布狀態(tài)。最后，將試驗(yàn)數(shù)據(jù)與仿真結(jié)果對(duì)比分析，為類(lèi)似油箱產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供理論參考和技術(shù)支持，有效降低變壓器在生產(chǎn)、運(yùn)輸及安裝環(huán)節(jié)中的成本，優(yōu)化產(chǎn)業(yè)效益。
2 結(jié)構(gòu)線性靜力學(xué)原理
結(jié)構(gòu)靜力學(xué)分析計(jì)算在固定靜載荷作用下結(jié)構(gòu)的響應(yīng)，計(jì)算由那些不包括慣性和阻尼效應(yīng)的載荷作用于結(jié)構(gòu)或部件上引起的位移、應(yīng)力、應(yīng)變和力。固定不變的載荷和響應(yīng)是一種假定，即假定載荷和結(jié)構(gòu)響應(yīng)隨時(shí)間的變化非常緩慢。本文仿真分析和計(jì)算，均是按照油箱所受的載荷為靜載荷來(lái)處理。則結(jié)構(gòu)線性靜力學(xué)求解原理示意圖如下圖1所示。
3 有限元仿真計(jì)算
3.1 建立油箱模型
油箱通常分為殼式、桶式和鐘罩式油箱，而為了保證油箱滿(mǎn)足機(jī)械強(qiáng)度要求，為此在油箱箱壁焊有各種形式的加強(qiáng)鐵，一般分為板式（扁鋼）、槽式（槽鋼）及T型鋼結(jié)構(gòu)，而板式結(jié)構(gòu)加強(qiáng)鐵較其他結(jié)構(gòu)強(qiáng)度較差，易產(chǎn)生大變形及應(yīng)力集中。根據(jù)業(yè)主要求及成本控制，該油箱為盒式箱底、板式加強(qiáng)鐵、桶式結(jié)構(gòu)。建模過(guò)程中，采用專(zhuān)業(yè)CAD三維軟件Creo，然后導(dǎo)入Workbench的Design Modeler進(jìn)行修改和完善模型[9]。圖2為簡(jiǎn)化處理改進(jìn)后的變壓器油箱計(jì)算模型。
3.2 設(shè)置材料屬性和組件厚度
油箱箱壁、加強(qiáng)鐵等材料為Q235鋼板，為彈塑性材料，設(shè)置材料雙線性等向強(qiáng)化應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系，其應(yīng)力應(yīng)變?yōu)槎嗾劬€關(guān)系，在計(jì)算中采用塑性迭代處理，因此對(duì)于油箱應(yīng)力集中部位的應(yīng)力計(jì)算結(jié)果不準(zhǔn)確，也就是應(yīng)力畸點(diǎn)[10]。Q235鋼板材料屬性參數(shù)如下表1所示：
根據(jù)公司生產(chǎn)實(shí)際、產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求及相關(guān)手冊(cè)確定各組件厚度及油箱整體基本尺寸，如下表2所示：
3.3 網(wǎng)格劃分和邊界條件設(shè)定
利用軟件自帶網(wǎng)格劃分工具，綜合用Multizone和Hex dominant等方法劃分網(wǎng)格，盡可能劃分成六面體網(wǎng)格。網(wǎng)格單元數(shù)26萬(wàn)，節(jié)點(diǎn)數(shù)74萬(wàn)，如圖3所示。
正壓試驗(yàn)中，設(shè)置典型油箱內(nèi)壁所承受的壓強(qiáng)為0.1 MPa為載荷條件，選取油箱內(nèi)部進(jìn)行面載荷加載，注意加載過(guò)程中的方向均為指向油箱外部。上、下節(jié)油箱必須密封良好，油箱平置，邊界約束設(shè)置下節(jié)油箱箱底為固定位移約束。圖4為邊界約束和載荷條件示意圖。
3.4 求解和后處理
采用非線性大應(yīng)變求解設(shè)置，應(yīng)力采用Von mises等效應(yīng)力評(píng)估，在通用后處理選項(xiàng)中進(jìn)行結(jié)果查看和分析，直觀的發(fā)現(xiàn)油箱整體薄弱點(diǎn)，按照對(duì)強(qiáng)度薄弱和變形過(guò)大部位幾方面的分析，唯一能夠改進(jìn)的是板式加強(qiáng)鐵的加強(qiáng)方式。于是對(duì)此采取相應(yīng)改進(jìn)優(yōu)化措施，將原油箱結(jié)構(gòu)最大變形處（高低壓側(cè)中心，即板式加強(qiáng)鐵間距880mm處）中間加橫筋，在保證油箱整體強(qiáng)度的同時(shí)，盡可能降低成本。其中，按照國(guó)標(biāo)規(guī)定變壓器油箱機(jī)械強(qiáng)度試驗(yàn)，油箱箱壁不得有損傷和超限的彈性變形，則最大彈性變形要小于2倍的壁厚。則原結(jié)構(gòu)和改進(jìn)后油箱正壓試驗(yàn)時(shí)高壓側(cè)等效應(yīng)力和變形對(duì)比云圖如圖5和圖6所示。
綜合等效應(yīng)力云圖和彈性變形云圖，得到兩種結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)對(duì)比表，如表3所示。
從等效應(yīng)力對(duì)比云圖看出，原油箱結(jié)構(gòu)正壓試驗(yàn)時(shí)，油箱應(yīng)力集中區(qū)域較大，出現(xiàn)在高低壓側(cè)中心處，且油箱整體最大等效應(yīng)力大于塑性材料的屈服極限，改進(jìn)后油箱除了部分應(yīng)力畸點(diǎn)，整體受力均勻，未出現(xiàn)嚴(yán)重的應(yīng)力集中部位，相同部位處等效應(yīng)力值小于原結(jié)構(gòu)，且遠(yuǎn)小于材料的許用范圍，結(jié)果大大改善。
從彈性變形云圖可以看出，最大變形出現(xiàn)在高低壓側(cè)中心處，區(qū)域較大，且變形量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于彈性變形的許用值。利用板式加強(qiáng)鐵隔斷最大變形區(qū)域，改進(jìn)后油箱整體變形明顯減小，并未出現(xiàn)大面積變形大的區(qū)域，最大變形量小于彈性變形的許用值。綜上所述，改進(jìn)后的油箱整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度良好。
4 結(jié)果分析
4.1 油箱機(jī)械強(qiáng)度試驗(yàn)
油箱機(jī)械強(qiáng)度試驗(yàn)包括抽真空強(qiáng)度和正壓機(jī)械強(qiáng)度試驗(yàn)，一般在不裝器身的單獨(dú)油箱上進(jìn)行，而對(duì)于特殊結(jié)構(gòu)的油箱，可以在總裝車(chē)間帶器身進(jìn)行。該油箱在保證無(wú)焊接與密封缺陷的條件下，對(duì)單獨(dú)油箱進(jìn)行機(jī)械強(qiáng)度試驗(yàn)。
油箱平穩(wěn)放置，連接好試驗(yàn)管路和合適量程的壓力表或真空表；選擇測(cè)試點(diǎn)，一般設(shè)置在強(qiáng)度比較薄弱、變形量比較大的位置，具體數(shù)量根據(jù)油箱結(jié)構(gòu)、大小及加強(qiáng)鐵數(shù)量決定；將每個(gè)測(cè)試面拉細(xì)繩作為測(cè)試基準(zhǔn)線，真空強(qiáng)度試驗(yàn)后，油箱恢復(fù)變形后的測(cè)量值為正壓試驗(yàn)的初始值。當(dāng)達(dá)到規(guī)定的正壓試驗(yàn)壓力和時(shí)間時(shí)，用鋼板尺測(cè)量基準(zhǔn)線到各測(cè)試點(diǎn)的距離，該數(shù)值與初始值之差為為測(cè)試點(diǎn)的彈性變形量。如果彈性變形在規(guī)定范圍內(nèi)，則油箱的機(jī)械強(qiáng)度試驗(yàn)合格；如果超出規(guī)定，應(yīng)對(duì)油箱加固，重新進(jìn)行上述試驗(yàn)。
改進(jìn)后油箱焊接檢驗(yàn)合格、組裝完成后，按照以上技術(shù)要求和試驗(yàn)方法進(jìn)行強(qiáng)度試驗(yàn)，試驗(yàn)前根據(jù)仿真計(jì)算結(jié)果分析油箱箱壁強(qiáng)度薄弱點(diǎn)為高壓側(cè)板式加強(qiáng)鐵間距880mm的部位，設(shè)置七處測(cè)試點(diǎn)，試驗(yàn)過(guò)程中對(duì)其進(jìn)行密切關(guān)注。打正壓時(shí)，當(dāng)壓力值為100KPa左右時(shí)，油箱結(jié)構(gòu)沒(méi)有發(fā)現(xiàn)明顯彎曲變形和異響聲音，解除壓力后，停止強(qiáng)度試驗(yàn)，對(duì)油箱結(jié)構(gòu)強(qiáng)度變形測(cè)量進(jìn)行分析，最大變形處出現(xiàn)在高壓側(cè)最左端板式加強(qiáng)鐵間距880mm的中間部位，而加橫筋的兩個(gè)部位變形量較小，高壓側(cè)變形試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果如下圖7所示。
4.2 結(jié)果對(duì)比
注：強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)中，壁厚10mm，位移標(biāo)準(zhǔn)20mm，即為最大彈性變形允許值。
表4 給出了正壓試驗(yàn)時(shí)油箱變形仿真計(jì)算結(jié)果和試驗(yàn)測(cè)量值，可以看出在分析正壓條件下油箱機(jī)械強(qiáng)度的過(guò)程中，應(yīng)用有限元仿真計(jì)算加載理想載荷時(shí)得到的變形略大于正壓試驗(yàn)測(cè)量結(jié)果，考慮了改進(jìn)油箱的實(shí)際尺寸和局限性，其仿真結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果比較相近，存在較小偏差，并且最大變形區(qū)域也相同，滿(mǎn)足工程要求。應(yīng)用有限元仿真分析檢驗(yàn)油箱機(jī)械強(qiáng)度試驗(yàn)下的整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，可用于指導(dǎo)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。同時(shí)也說(shuō)明公司在大件結(jié)構(gòu)機(jī)械強(qiáng)度計(jì)算方面取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。
5 結(jié)論
本文中作者對(duì)一臺(tái)海外項(xiàng)目大件結(jié)構(gòu)件變壓器油箱的機(jī)械強(qiáng)度進(jìn)行了有限元仿真計(jì)算，并與實(shí)測(cè)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比。
（1）應(yīng)用有限元仿真計(jì)算方法檢驗(yàn)變壓器油箱的整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，仿真結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果相符合，具有可行性與準(zhǔn)確性。
（2）有限元分析可以在大件結(jié)構(gòu)生產(chǎn)制造之前，通過(guò)建立相應(yīng)的三維簡(jiǎn)化模型進(jìn)行求解，進(jìn)行后處理，分析其在正壓試驗(yàn)條件下的總變形量和最大等效應(yīng)力，發(fā)現(xiàn)其中的設(shè)計(jì)或結(jié)構(gòu)缺陷，避免不必要的成本損失和控制工期，成為許多大型設(shè)備制造廠商不可或缺的計(jì)算分析軟件之一。
（3）由于有限元計(jì)算的局限性，及多種因素的影響，結(jié)果很難匹配實(shí)際情況，但對(duì)于不同的制造企業(yè)、甚至同一企業(yè)下不同的產(chǎn)品種類(lèi)，也存在著較大的理論和仿真計(jì)算偏差。因此需要更多的試驗(yàn)數(shù)據(jù)去修正以保證軟件準(zhǔn)確性，用來(lái)進(jìn)行變壓器油箱機(jī)械強(qiáng)度分析，指導(dǎo)油箱整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
參考文獻(xiàn)：
[1] 謝毓城.電力變壓器手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003.
[2]文子軍.淺談變壓器油箱機(jī)械強(qiáng)度試驗(yàn)[J].變壓器，1999，36（03）：21-24.
[3]GB1094.1-2013.電力變壓器第一部分總則[S].國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局，2013.
[4]GB/T 6451-2008.油浸式電力變壓器技術(shù)參數(shù)和要求[S].國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局，2013.
[5]JB/T501-2006.電力變壓器試驗(yàn)導(dǎo)則[S].中華人民共和國(guó)機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，2006.
[6]張朝暉.ANSYS12.0結(jié)構(gòu)分析工程應(yīng)用實(shí)例解析[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.
[7]李曉峰.ANSYS軟件在變壓器油箱強(qiáng)度分析中的應(yīng)用[J].變壓器， 2010，47（08）：31-34.
[8]黃丹宇.ANSYS Workbench在變壓器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].變壓器，2012，49（09）：22-24.
[9]李兵，何正嘉，陳雪峰.ANSYS Workbench設(shè)計(jì)、仿真與優(yōu)化[M].北京：清華大學(xué)出版社，2012.
前言
“建筑是凝固的藝術(shù)”，建筑物結(jié)構(gòu)的精美，是建筑設(shè)計(jì)師將結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與美觀設(shè)計(jì)有效融合的直接體現(xiàn)。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化不僅能美化外觀，還能夠使房屋變得更加安全、經(jīng)濟(jì)與合理，最終滿(mǎn)足人們對(duì)當(dāng)前房屋建筑的要求。
建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的作用
建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，首先需要解決的問(wèn)題就是建筑結(jié)構(gòu)如何滿(mǎn)足效益的長(zhǎng)遠(yuǎn)化，在這個(gè)問(wèn)題得到有效解決的基礎(chǔ)上，再對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性與經(jīng)濟(jì)性做到盡可能的優(yōu)化。與傳統(tǒng)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念相比，當(dāng)前所采用的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的有效應(yīng)用，能夠有效降低工程成本，一般能達(dá)到10%到35%的效果。其次建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法的應(yīng)用，還能夠做到對(duì)建筑材料有效性與利用率的最大程度發(fā)揮，能夠讓建筑物的各個(gè)空間與整體能夠達(dá)到相互協(xié)調(diào)的效果，并能夠滿(mǎn)足質(zhì)量安全管理規(guī)定的要求。另外，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方案的應(yīng)用，還能夠?qū)ㄖ锏脑仍O(shè)計(jì)起到完善的作用。所以，建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)起到重要的作用。
建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的特點(diǎn)和要求
在進(jìn)行建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的時(shí)候，不僅需要對(duì)設(shè)計(jì)對(duì)象的基本功能與安全穩(wěn)定性進(jìn)行考慮，還需要通過(guò)設(shè)計(jì)，使建筑結(jié)構(gòu)達(dá)到盡可能完美的效果，而這一過(guò)程的實(shí)現(xiàn)，就是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的最優(yōu)化問(wèn)題。建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法主要體現(xiàn)在建筑總體工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化和建筑各個(gè)部分的設(shè)計(jì)優(yōu)化兩個(gè)方面。對(duì)于項(xiàng)目整體設(shè)計(jì)、項(xiàng)目前期設(shè)計(jì)、抗震設(shè)計(jì)和舊房改造都可以采用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法。在實(shí)踐應(yīng)用中，應(yīng)注意前期就開(kāi)始參與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化，對(duì)下部地基基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化時(shí)，要分析比較多種設(shè)計(jì)方案，然后選取最佳的設(shè)計(jì)方案。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)靈活運(yùn)用各種方法，對(duì)于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、圍護(hù)方案、房屋建設(shè)、結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)方案等一系列優(yōu)化設(shè)計(jì)合理分析，對(duì)細(xì)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化，以取得最佳的效果。當(dāng)無(wú)法對(duì)數(shù)據(jù)具體量化時(shí)，可使用概念設(shè)計(jì)。
建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中優(yōu)化方法的實(shí)現(xiàn)過(guò)程
1.結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型的確立
建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法在應(yīng)用的過(guò)程中，需要通過(guò)三個(gè)步驟來(lái)完成。首先是做好對(duì)設(shè)計(jì)變量的選擇工作。通常在設(shè)計(jì)中，會(huì)把對(duì)設(shè)計(jì)起影響作用的參數(shù)當(dāng)作為設(shè)計(jì)變量，這其中包含了目標(biāo)控制參數(shù)、約束控制參數(shù)等設(shè)計(jì)變量。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)當(dāng)中，對(duì)于變化范圍不大及在局部性設(shè)計(jì)時(shí)就能滿(mǎn)足的設(shè)計(jì)要求參數(shù)，一般將其設(shè)為預(yù)定參數(shù)，通過(guò)采用這種方法，能夠有效減少設(shè)計(jì)、編程及計(jì)算等方面的工作量。其次是對(duì)目標(biāo)函數(shù)的確定。在設(shè)計(jì)當(dāng)中，找到一組能夠滿(mǎn)足預(yù)定值的截面幾何與鋼筋截面積，從而降低工作造價(jià)。最后，確立約束條件。在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，其存在的可靠度優(yōu)化約束條件包含了應(yīng)力約束、變形約束、結(jié)構(gòu)單元約束、尺寸約束等各種約束條件。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，要使結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)在建筑結(jié)構(gòu)工程中有所應(yīng)用，就需要建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的實(shí)際約束條件在與目標(biāo)約束條件進(jìn)行比較的過(guò)程中，能夠使各個(gè)約束條件都滿(mǎn)足行業(yè)規(guī)范的要求，從而很好地實(shí)現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)。
2.優(yōu)化設(shè)計(jì)方法的設(shè)定
建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的應(yīng)用過(guò)程中存在著諸多的變量及約束非線性?xún)?yōu)化的問(wèn)題。因此在計(jì)算的過(guò)程中，一般采取的辦法都是將約束優(yōu)化的問(wèn)題轉(zhuǎn)換為無(wú)約束問(wèn)題來(lái)進(jìn)行求解。在優(yōu)化設(shè)計(jì)方法的設(shè)定時(shí)，可以選擇的計(jì)算方法有Powell法、拉式乘子法及復(fù)合形法。
3.程序設(shè)計(jì)的完成
建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的應(yīng)用過(guò)程中，需要在選擇可靠度較高的結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型與優(yōu)化設(shè)計(jì)計(jì)算方法的基礎(chǔ)上，完成對(duì)運(yùn)算速度快及功能齊全的綜合程序的編寫(xiě)。
4.優(yōu)化設(shè)計(jì)方法的結(jié)果分析
在執(zhí)行上述步驟的過(guò)程中，要考慮到各個(gè)方面所存在的問(wèn)題。因?yàn)榉课萁ㄔO(shè)本身是一項(xiàng)耗資龐大的建筑工程，在建設(shè)過(guò)程中，其所涉及到的環(huán)節(jié)都比較復(fù)雜，所以需要對(duì)其進(jìn)行總體的規(guī)劃與考慮，不能夠?yàn)榱俗非蠼档统杀径鲆暳嗽O(shè)計(jì)優(yōu)化工作。另外在投資控制的過(guò)程中，還需要處理好經(jīng)濟(jì)與技術(shù)之間的問(wèn)題。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，不僅需要反對(duì)單純的成本節(jié)約，不重視技術(shù)的要求，還需要反對(duì)只重視技術(shù)提升，而不進(jìn)行成本節(jié)約工作。真正的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法應(yīng)該是技術(shù)提升與資金節(jié)約兩方面并重發(fā)展。
結(jié)語(yǔ)
【關(guān)鍵詞】建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；優(yōu)化方法；概念設(shè)計(jì)優(yōu)化
一個(gè)建筑要達(dá)到精美的效果，設(shè)計(jì)師需要把其美觀設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)緊密結(jié)合起來(lái)。為實(shí)現(xiàn)在有限的空間、有限的資源的情況下，發(fā)揮出最大效果，最終達(dá)到經(jīng)濟(jì)化、實(shí)用性和適用性的良好目標(biāo)，在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，要采取適用、經(jīng)濟(jì)、安全、便于施工和美觀這五種效果措施。而在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，應(yīng)用建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法可以滿(mǎn)足這一要求，保證建筑美觀、造型優(yōu)美，同時(shí)又能夠便于房屋的施工，使房屋安全、經(jīng)濟(jì)、適用，從而真正成為“經(jīng)濟(jì)適用”房[1]。
一、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法的理論基礎(chǔ)
在進(jìn)行工程項(xiàng)目和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，需要考慮的因素很多，最終目的是要在保證設(shè)計(jì)對(duì)象基本適用功能和安全可靠性的情況下，把設(shè)計(jì)對(duì)象設(shè)計(jì)到最好的程度。這就涉及到工程和結(jié)構(gòu)最優(yōu)化的問(wèn)題。用科學(xué)的語(yǔ)言來(lái)描述就是：利用確定的數(shù)學(xué)方法，在所有可能的設(shè)計(jì)方案的集合中，搜索到能夠滿(mǎn)足預(yù)定目標(biāo)的、最令人滿(mǎn)意的方案[2]。
從建筑理論上分析結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法可以得知，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面，其一是房屋工程部分結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，其二是房屋工程結(jié)構(gòu)總體的優(yōu)化設(shè)計(jì)。后者的優(yōu)化設(shè)計(jì)包括：屋蓋系統(tǒng)方案的優(yōu)化設(shè)計(jì)、圍護(hù)結(jié)構(gòu)方案的優(yōu)化設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)細(xì)部設(shè)計(jì)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。穿插其中的，還包含選型、布置、受力分析、造價(jià)分析等項(xiàng)目，在實(shí)施過(guò)程中，應(yīng)遵循一定的原則，結(jié)合具體工程的實(shí)際情況，從實(shí)際出發(fā)，圍繞房屋建筑的綜合經(jīng)濟(jì)效益目標(biāo)進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。
在設(shè)計(jì)安全被保證的情況下，建筑師應(yīng)開(kāi)拓創(chuàng)新，挑戰(zhàn)新的結(jié)構(gòu)形式。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，建筑師的設(shè)計(jì)意圖應(yīng)能夠得到基本滿(mǎn)足，應(yīng)設(shè)置盡量符合規(guī)則的平面布局，使其對(duì)稱(chēng)；同時(shí)減少質(zhì)量中心和剛度中心的差異，使建筑物在水平荷載作用下不致于產(chǎn)生太大的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。在豎直方向的布置上，應(yīng)確保在滿(mǎn)足功能要求的情況下，盡最大可能貫通豎向的承重構(gòu)件；為使結(jié)構(gòu)分析和設(shè)計(jì)上的難度不致于太大，減少不必要的經(jīng)濟(jì)浪費(fèi)，使應(yīng)力分散，轉(zhuǎn)化層應(yīng)盡可能少地使用；豎直方向的剛度要漸變，而不要突變，如若不然，在水平荷載作用下，突變處會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的應(yīng)力集中現(xiàn)象，這是非常不利于結(jié)構(gòu)抵抗水平動(dòng)力荷載的[3]。
二、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)的意義所在
在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中運(yùn)用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以起到非常好的效果，這不僅可以使房屋看起來(lái)更加美觀，用起來(lái)更加實(shí)在，而且也能夠節(jié)省大量的造價(jià)，起到良好的效果。采用設(shè)計(jì)優(yōu)化的方法與采用傳統(tǒng)房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法相比優(yōu)點(diǎn)是十分明顯的，它可以使建筑工程造價(jià)得到大幅度降低，降幅可達(dá)30%左右。要實(shí)現(xiàn)優(yōu)化方法的技術(shù)性問(wèn)題，材料的性能要合理利用起來(lái)，爭(zhēng)取協(xié)調(diào)好建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)部的各單元，達(dá)到建筑規(guī)范所規(guī)定的安全水平。同時(shí)，優(yōu)化方法的技術(shù)性實(shí)現(xiàn)還可以合理決策建筑整體性方案設(shè)計(jì)，它可以有效實(shí)現(xiàn)建筑設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)化、實(shí)用性和適用性的良好目標(biāo)。
三、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的步驟
（一）結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型
房屋結(jié)構(gòu)整體優(yōu)化設(shè)計(jì)方法分以按3 個(gè)步驟進(jìn)行。首先，選擇設(shè)計(jì)變量。一般把對(duì)設(shè)計(jì)要求起主要影響作用的參數(shù)作為設(shè)計(jì)變量，如目標(biāo)控制參數(shù)（結(jié)構(gòu)造價(jià)C1 和損失期望C2）和約束控制參數(shù)（結(jié)構(gòu)的可靠度PS）；而將那些對(duì)設(shè)計(jì)要求來(lái)講，變化范圍不大或是根據(jù)結(jié)構(gòu)要求或局部性的設(shè)計(jì)考慮就能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求的參數(shù)等作為預(yù)定參數(shù)，這可以大大減少設(shè)計(jì)、計(jì)算和編制程序的工作量；其次，確定目標(biāo)函數(shù)。尋求一組滿(mǎn)足預(yù)定條件的截面幾何尺寸和鋼筋截面積以及失效概率，從而使總費(fèi)用最小；第三，確定約束條件。房屋結(jié)構(gòu)基于可靠度優(yōu)化設(shè)計(jì)的約束條件，則包括尺寸約束、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度約束、應(yīng)力約束、變形約束、裂縫寬度約束、構(gòu)件單元約束、結(jié)構(gòu)體系約束、從正常使用極限狀態(tài)下的彈性約束到最終極限狀態(tài)的彈塑性約束、從可靠指標(biāo)約束到確定性約束條件等。在設(shè)計(jì)中，要使結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)應(yīng)用于實(shí)際房屋結(jié)構(gòu)工程，則是路房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中實(shí)際的約束條件與目標(biāo)約束條件相比較，保證各約束條件都符合現(xiàn)行規(guī)范的要求，以實(shí)現(xiàn)最優(yōu)設(shè)計(jì)。
（二）設(shè)定優(yōu)化設(shè)計(jì)計(jì)算方案
房屋結(jié)構(gòu)基于可靠度的優(yōu)化設(shè)計(jì)問(wèn)題屬于比較復(fù)雜的多變量、多約束非線性?xún)?yōu)化問(wèn)題，一般情況下，在計(jì)算過(guò)程中，應(yīng)轉(zhuǎn)化問(wèn)題求解，即將有約束優(yōu)化問(wèn)題轉(zhuǎn)化為無(wú)約束問(wèn)題。可以利用起來(lái)的優(yōu)化設(shè)計(jì)計(jì)算方法有復(fù)合形法、拉氏乘子法、Powell 法等。
（三）進(jìn)行程序設(shè)計(jì)
根據(jù)基于可靠度的結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型和選擇的優(yōu)化設(shè)計(jì)計(jì)算方法，編制功能齊全、運(yùn)算速度快的綜合程序。
（四）結(jié)果分析
對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析，確定最優(yōu)設(shè)計(jì)方案。在上述步驟的執(zhí)行過(guò)程中，涉及的問(wèn)題包括多個(gè)方面，所以要全方位、多角度地考慮。這主要是因?yàn)榻ㄔO(shè)投資這項(xiàng)工程的耗資非常大，涉及到的情況非常多，在設(shè)計(jì)中片面強(qiáng)調(diào)經(jīng)濟(jì)節(jié)約是不正確的。應(yīng)滿(mǎn)足技術(shù)上的相應(yīng)要求，使項(xiàng)目達(dá)到相應(yīng)的功能要求，與此同時(shí)，要反對(duì)重視技術(shù)，輕經(jīng)濟(jì)、設(shè)計(jì)保守浪費(fèi)的現(xiàn)象。
四、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用
（一）直覺(jué)優(yōu)化（概念設(shè)計(jì)優(yōu)化）技術(shù)與建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
對(duì)于同一建筑方案，可以有許多不同的結(jié)構(gòu)布置設(shè)計(jì)；確定了結(jié)構(gòu)布置的建筑物，即使在同種荷載情況下也存在不同的分析方法：分析過(guò)程中設(shè)計(jì)參數(shù)、材料、荷載的取值也不是惟一的：建筑物細(xì)部的處理更是不盡相同，這些問(wèn)題是計(jì)算機(jī)無(wú)法完全解決的，都需要設(shè)計(jì)人員自己作出判斷[4]。而判斷只能在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一般規(guī)律指導(dǎo)下，根據(jù)工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行，這便是前面所說(shuō)的概念設(shè)計(jì)。因此，概念設(shè)計(jì)存在于設(shè)計(jì)師對(duì)多種備選方案進(jìn)行選擇的過(guò)程中。
（二）概念設(shè)計(jì)處理的實(shí)際建筑設(shè)計(jì)問(wèn)題
概念設(shè)計(jì)所要處理的問(wèn)題多種多樣。但可以肯定的是希望通過(guò)概念設(shè)計(jì)，建筑結(jié)構(gòu)能在各種不期而遇的外部作用下不受破壞，或?qū)⑵茐某潭冉抵磷畹汀Ｒ虼耍治鋈绾螒?yīng)付建筑物可能遭遇的各種不確定因素成為概念設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容。其中，地震作用最為難以琢磨，破壞性也最大。故而，建筑設(shè)計(jì)過(guò)程中就應(yīng)該未雨綢繆，從計(jì)算及構(gòu)造等各個(gè)方面都要采取一些有助于提高抗震能力的措施，不利于抗震的作法則應(yīng)盡量避免。剛度均勻、對(duì)稱(chēng)是減小地震在結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生不利影響的重要手段；延性設(shè)計(jì)則能有效地防止結(jié)構(gòu)在地震作用下發(fā)生脆性破壞；多道設(shè)防思想能使建筑在特大地震作用下次要的構(gòu)件先破壞，消耗一部分地震能量。這些抗震設(shè)防思想在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中都應(yīng)該作為概念設(shè)計(jì)的重要指導(dǎo)思想。
總而言之，建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法的研究涉及面廣泛，具有十分復(fù)雜的特點(diǎn)，是一項(xiàng)綜合決策問(wèn)題。適用、經(jīng)濟(jì)、安全、便于施工和美觀是建筑工程設(shè)計(jì)優(yōu)化追求的五種效果，而這五個(gè)方面的側(cè)重點(diǎn)各不相同，相互之間又存在一些矛盾的地方，一個(gè)優(yōu)秀設(shè)計(jì)的出現(xiàn)往往
是這五個(gè)方面的最佳結(jié)合。所以，在進(jìn)行建筑設(shè)計(jì)的實(shí)踐過(guò)程中，應(yīng)加強(qiáng)實(shí)踐探索，降低經(jīng)濟(jì)成本，以達(dá)到經(jīng)濟(jì)效益的最大化，從而在保證經(jīng)節(jié)約經(jīng)濟(jì)成本和達(dá)到美觀要求的情況下合理進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
參考文獻(xiàn)
[1]王智鋒，孫之如. 建筑結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)的優(yōu)化[J]. 河南水利與南水北調(diào). 2010（09）
[2]李鋒. 淺談現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)[J]. 科技資訊. 2010（26）
