建筑結構設計優(yōu)化的新方法探析

王浩

摘 要：文章就建筑結構優(yōu)化設計的重要意義進行分析，對建筑結構設計的具體內容進行闡述，并提出建筑結構設計優(yōu)化的一些方法，旨在為建筑行業(yè)相關人員提供參考。

關鍵詞：建筑結構；設計；優(yōu)化設計；分析

1 建筑設計優(yōu)化的重要意義

使用合理的優(yōu)化方法，對建筑的結構設計進行優(yōu)化，既能降低整個工程的造價，還能提升建筑的經濟價值，從而能夠有效提升建筑的經濟效益。

1.1 使工程的造價降低

建筑工程結構優(yōu)化設計在會充分的考慮到現行階段的建筑行業(yè)的發(fā)展趨勢來進行剖析，根據現行的建筑特點來進行設計，如當前的高層建筑和高層的住宅偏多，因此其層數很多，在建筑用地面積不變的情況下建筑總面積很大，在面對高層建筑的結構設計時，為了節(jié)省用地，會將建筑物的房頂進行細致的規(guī)劃，可以保證整個工程的總造價降低，節(jié)約成本。

1.2 能夠提高建筑結構的經濟效益

建筑結構的設計需要保證到建筑工程的經濟效果，隨著建筑的層數的增加，高度也會增加，與其相關的墻體面積、柱體面積及配套的設施如管道等都會增加很多，層數比較少或者高度比較低時相應的建筑就會節(jié)省一些這樣的荷載。同時，高度越高的建筑，相鄰之間的距離也會比較遠，這樣不利于節(jié)省用地開支的目標實現，如果讓建筑的總高度下降，那各建筑之間的距離也會靠的近一些，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使得其周長不同，越規(guī)則的平面形狀其周長會小一些，并且能夠提高其荷載的性能，增強了建筑的質量。優(yōu)化創(chuàng)新后的建筑結構設計相較于傳統(tǒng)的設計，能夠有效降低建筑的總造價，能夠有效的提高建筑結構的經濟效益。

2 建筑結構設計優(yōu)化的具體內容

建筑結構優(yōu)化設計的內容可以分為目標函數選擇、變量選擇、約束條件選擇三個步驟，每一個步驟都涉及到建筑結構優(yōu)化設計的一個方面的內容。

2.1 目標函數選擇

確定建筑結構的目標函數是建筑設計人員對建筑結構進行優(yōu)化創(chuàng)新設計時的第一步，通過采用相應的技術與辦法，以建筑的面積的參數以及建筑可以達到的安全標準為前提，結合建筑建設所用的建筑材料等進行系統(tǒng)的規(guī)劃和計算，要保證相關的參數在計算的過程中要滿足相關的需求。合理科學地選擇建筑的工程造價模式是建筑設計相關人員在建筑結構優(yōu)化設計過程中必須要進行的工作，要盡量優(yōu)化建筑結構設計，在保證建筑質量的前提下，降低工程的總體造價。

2.2 變量選擇

建筑工程的設計階段，除了對建筑工程優(yōu)化設計的目標函數進行正確的選擇，還要對建筑結構的進行變量選擇，變量的選擇對于建筑結構的設計也是至關重要的。變量選擇，顧名思義就是對影響建筑結構設計的各種會變化的因素進行分析和選擇，并研究其中會對建筑結構設計造成的影響最大的一個因素，然后在實際的設計過程中，對其進行評估計算以及控制其影響程度，以發(fā)揮建筑工程結構設計優(yōu)化方法的作用。

2.3 約束條件選擇

建筑工程是一個復雜而又系統(tǒng)的工程，因此在實際的設計過程中，受許多約束條件所影響，在對建筑工程結構設計進行優(yōu)化設計時，必須要考慮到建筑工程的約束條件、對約束條件的準確判斷，能夠實現建筑結構優(yōu)化設計的最大化。比如，在建筑設計時，設計人員對結構的強度、尺寸、應力等等因素所存在的約束條件進行判斷選擇，要以建筑工程的實際情況作為出發(fā)點，進行科學合理的選擇，使得建筑結構設計的優(yōu)化工作具有模范性和科學性，給建筑工程的施工打好基礎，提高整個工程項目的效率和經濟效益。

3 建筑結構設計優(yōu)化的具體措施

建筑結構的優(yōu)化方法，是由建筑結構的整體設計優(yōu)化方法以及建筑結構的細節(jié)結構優(yōu)化方法這兩個發(fā)面體現出來的。在建筑結構整體的優(yōu)化設計中，要立足整體，全面的分析總體的數據，并相互協(xié)調，確保選出最優(yōu)的優(yōu)化方法。在細節(jié)結構優(yōu)化設計中，要對建筑結構的各個方面進行剖析，合理劃分為不同的部分，逐個解決相關的選型、布置、造價等幾個部分的優(yōu)化設計，實現降低工程造價的目標。

（1）拓撲優(yōu)化法。拓撲優(yōu)化法，就是通過在建筑結構設計優(yōu)化過程中，結合建筑自身的特點以及實際的用途和情況，正確找到理想化的建筑結構分布形式，全面的分析建筑結構的剛度和其他與結構相關聯的屬性，來減少建筑結構自身的重量，從而提升建筑的性能。設計人員要充分掌握以及了解拓撲分析方法的優(yōu)點，合理運用拓撲分析方法，使得設計出來的建筑結構擁有很強的邏輯性。

（2）截面優(yōu)化法。截面結構的可靠性以及安全性是建筑結構優(yōu)化設計時相關人員必須要考慮的一個重要方面。截面結構作為建筑結構的細節(jié)所在，其性能是最能體現出建筑的整體性能的。在實際的設計過程中，為了保證截面結構的的可靠性與安全性，設計人員要對建筑結構中所涉及的界面進行準確的計算，然后再進行設計，不僅可以提升建筑結構的穩(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計算設計變量的結構位移情況以及應力特點，然后用計算設備對獲得的數據進行驗算和分析，得出結果后，根據其需求調整，確定調整的范圍，在此范圍中再進行區(qū)域優(yōu)化設計。

（3）外形優(yōu)化法。外形優(yōu)化是在界面優(yōu)化的基礎上進行完善的，以達到更好提升建筑的結構設計質量的目的。在對建筑結構進行外形優(yōu)化時，相關人員要對建筑的整體情況掌握得很清楚，再根據我國現行的建筑柱結構設計的相關標準，在掌握的建筑的情況的基礎上進行改進。建筑結構的外形特征就是利用外形優(yōu)化法來進行劃分的。外形優(yōu)化方法在實際的實施過程中，通常會采用連續(xù)性結構與桿系結構。建筑結構的節(jié)點坐標選取是桿系結構的重要環(huán)節(jié)，節(jié)點坐標在選取好后，要將其作為設計的一個變量，來實現建筑外形優(yōu)化設計的目標及需求。

（4）細節(jié)部分結構設計與概念設計相結合。概念設計優(yōu)化方法，是在比較缺乏詳細的相關數據的情況下進行的。某些因素是具有不確定性的，比如地震，在對建筑的抗震能力進行設計時，由于缺乏詳細的數據，只能通過概念設計的優(yōu)化方法，將一些存在的數據當作輔助來進行。同時，通過結合上訴的一些結構優(yōu)化方法，使得優(yōu)化效果更佳。另外，在設計的過程中，對建筑結構的細節(jié)部分進行優(yōu)化設計是必須要做的工作，如現澆混凝土施工過程中，異形板料的彎曲部分容易開裂是一個比較突出的問題，對此我們將其進行簡化，然后再選擇鋼筋，這樣能有效的降低混凝土出現開裂現象的幾率，不僅提高了經濟效益，最重要的是滿足了建筑結構的基本需求。

（5）對地基結構進行優(yōu)化設計。對建筑的地基進行優(yōu)化設計也是優(yōu)化整個建筑結構的有效方法。選擇合適的方案對于地基的結構優(yōu)化來說很重要，例如，樁基類型的選擇，要以實際的施工情況為準，并實現降低造價的目標，然后以樁端持力層的厚度為參考，選擇科學合適的灌注樁長度，且對不同的優(yōu)化方案進行集中對比，盡量使得選擇的方案是最佳的。再比如，樁筏基礎是某建筑結構的原有設計方案，通過把該設計利用的樁筏基礎改為樁基礎的優(yōu)化方法，設置不同的承臺，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，顧及到的是基礎傳力的傳遞路勁越短會越省材料的原因。與樁筏基礎設計方案相比，樁基礎是一個更好的選擇。

4 結束語

綜上所述，建筑結構的優(yōu)化設計能夠使得建筑質量更好、更加美觀、降低工程造價以及提升建筑的經濟效益，在建筑行業(yè)競爭激烈的今天能夠提高企業(yè)的競爭力，也能夠為人們帶來更有安全保障和質量保障的建筑物，因此其在建筑工程中是一個很重要的環(huán)節(jié)。但在建筑結構優(yōu)化設計在實際的實施過程中，是比較復雜的，需要多方面的出發(fā)，充分結合實際的情況選擇科學合理的方案，以實現對建筑結構進行最佳的優(yōu)化目標。

參考文獻

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