結(jié)構(gòu)優(yōu)化在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用探究

師煒

華誠博遠(yuǎn)工程技術(shù)集團(tuán)有限公司 陜西西安 710000

1 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計原則

1.1 安全性設(shè)計原則

嚴(yán)格遵循安全設(shè)計原則進(jìn)行房屋建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，不僅僅可以有效降低房建工程施工需要花費的資金成本，還能使房建工程的安全性得到有效提高，杜絕安全隱患，為人們的生命財產(chǎn)安全提供更為強(qiáng)有力的保障。假如在進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計的時候，設(shè)計師只關(guān)注施工成本而忽視安全性要求的話，會有極大可能導(dǎo)致安全隱患的埋藏[1]，甚至直接引發(fā)嚴(yán)重的安全事故，威脅到人們的生命安全。所以，設(shè)計師在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的時候，必須嚴(yán)格遵守安全性原則。

1.2 功能性設(shè)計原則

通過科學(xué)合理的優(yōu)化設(shè)計可以將房屋建筑結(jié)構(gòu)的各項功能都更大程度的展現(xiàn)出來，為人們提供功能更為全面的工作生活空間。同時，隨著時代的快速發(fā)展，人們對房屋建筑的功能性要求也出現(xiàn)了極大程度的提高，只有嚴(yán)格按照功能性設(shè)計原則展開工作才可以有效提升用戶的滿意度。

1.3 經(jīng)濟(jì)性設(shè)計原則

通過對實際情況進(jìn)行分析可以看出，房建工程結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜。并且隨著建筑規(guī)模的提升，所投入的資金量也越來越大，各種材料的使用量也隨之出現(xiàn)了顯著提高。要想更好的節(jié)約施工成本，設(shè)計人員必須嚴(yán)格按照經(jīng)濟(jì)性原則展開設(shè)計工作，選擇性價比更為優(yōu)秀的材料，這樣才可以在保證工程質(zhì)量不出現(xiàn)問題的同時，幫助施工企業(yè)獲得更多的經(jīng)濟(jì)效益。

2 建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計

建筑結(jié)構(gòu)的構(gòu)建機(jī)理十分復(fù)雜，破壞模式和限制條件都是非常多的，對其進(jìn)行優(yōu)化的時候，不但要滿足強(qiáng)度、構(gòu)造、模數(shù)化等條件，而且對于造價最低的目標(biāo)函數(shù)也要盡可能的達(dá)到最優(yōu)解。

2.1 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計

房屋的建筑結(jié)構(gòu)基本上都是按照三維空間結(jié)構(gòu)來進(jìn)行分析和計算的。房屋建筑結(jié)構(gòu)比較規(guī)則的，可以按照水平或者垂直的方向來進(jìn)行分解成很多個平面框架結(jié)構(gòu)來計算。在內(nèi)力分析的時候，選取的框架要具有代表性。

2.2 建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化的數(shù)學(xué)模型

因為目標(biāo)函數(shù)和約束條件的種類非常多，所以必須在優(yōu)化開始之前建立數(shù)學(xué)規(guī)劃模型，如下：

從上面公式可以看出，X=[X1，X2，．．．．．，Xn]T，是可行解，R是可行解集合，U 是基本空間，f（X）是目標(biāo)函數(shù)，X ∈R，R ?U。

2.3 整體優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)的目標(biāo)函數(shù)設(shè)計

以下將對建筑結(jié)構(gòu)中的構(gòu)建進(jìn)行優(yōu)化計算，對其進(jìn)行判斷之后能夠直接調(diào)用相對應(yīng)的計算和優(yōu)化，使得其在程序的銜接上面更加流暢，只有計算的速度提高了，其總體的優(yōu)化結(jié)果才會更好。框架結(jié)構(gòu)整體造價目標(biāo)函數(shù)為：

整合梁柱配筋程序以及確定建筑結(jié)構(gòu)整體造價，使得整個優(yōu)化程序豐富，對于以往程序的零散和獨立以及功能不全等缺點，進(jìn)行了優(yōu)化。

2.4 柱的模型優(yōu)化

在實際施工過程中，大多數(shù)建筑結(jié)構(gòu)的柱子，都是采用的矩形截面，高和寬都是一樣的，對于柱的模型優(yōu)化，這里根據(jù)實際情況，截取柱子截面選取，讓柱子截面寬為bz，并且等于截面高h(yuǎn)z，在考慮實際的情況下，以50mm 模數(shù)，從而使得優(yōu)化內(nèi)容更加簡化，并且和實際情況相符合。選取設(shè)計變量的優(yōu)化。①柱子截面的尺寸。根據(jù)《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》，柱截面的高度比不能大于3。所以，設(shè)計的時候，采用的初選柱截面的尺寸可以根據(jù)以下公式進(jìn)行選擇。

柱截面寬度：Bz={300mm，350mm，400mm，450mm，500mm，550mm，600mm，650mm，700mm，750mm}

柱截面高度：Bz={300mm，350mm，400mm，450mm，500mm，550mm，600mm，650mm，700mm，750mm}

②柱子縱筋的截面面積ASZ。

2.5 梁的模型優(yōu)化

梁是受彎構(gòu)件，實際情況下，對受彎構(gòu)件進(jìn)行設(shè)計時，不但要保證其不能沿正截面發(fā)生破壞的情況，也要保證沿斜截面不能發(fā)生破壞的情況。所以，需要對其進(jìn)行正截面的承載力以及斜截面的承載力進(jìn)行計算。梁截面的尺寸。梁截面的高度一般都是其跨度的1/14 到1/10。梁截面的寬度一般都是它截面高度的1/3 到1/2。所以，為了保障梁側(cè)向的穩(wěn)定性，梁截面的高寬比不能大于4。以實際情況為例，以20mm，50mm 為模數(shù)。截面尺寸如下：

梁截面的寬度：Bb={200mm，220mm，250mm，300mm，350mm，400mm，450mm，500mm，550mm，600mm}

梁截面的高度：Hb={400mm，440mm，500mm，550mm，600mm，650mm，700mm，750mm，800mm，850mm}

①梁跨中的截面配筋面積為Asb。

②梁左端的截面配筋面積為Asbz。

③梁有段的截面配筋面積為Asby。

3 結(jié)語

隨著現(xiàn)代化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，建筑的規(guī)模與數(shù)量也出現(xiàn)了極大程度的提高，原有的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計已經(jīng)不符合時代發(fā)展需要了，怎樣有效完成建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計優(yōu)化已經(jīng)成為了相關(guān)人員需要解決的關(guān)鍵問題[2-3]。在這種背景下，要想切實完成優(yōu)化工作，得出更加符合人們審美需求的設(shè)計，建筑設(shè)計師必須要跟上時代發(fā)展的腳步，綜合考慮業(yè)主的實際需要按照優(yōu)化設(shè)計原則展開工作，并要求施工企業(yè)嚴(yán)格按照方案進(jìn)行工程施工，這樣才可以將設(shè)計方案的作用與價值充分發(fā)揮出來，從而為后續(xù)工程施工的順利展開打下更堅實的基礎(chǔ)，進(jìn)而為人們提供更為優(yōu)秀的工作生活環(huán)境。