淺述建筑結構設計中的優(yōu)化措施

1、    淺述建筑結構設計中的優(yōu)化措施    邊少鵬【摘要】目前的建筑結構施工中，住宅房屋建筑結構設計是一個周期較長且內(nèi)容復雜的過程。其中的影響因素很多，在建筑結構設計中，應綜合考量各方面的因素與條件，應用先進的設計理論、模式與方法，不斷優(yōu)化設計方案，從而為工程項目建設提供必要的技術指導?！娟P鍵詞】建筑結構；結構設計；優(yōu)化措施建筑工程的結構設計工作十分重要，它會對工程項目的整體質(zhì)量產(chǎn)生直接影響。但是，通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)今的建筑工程結構設計中，存在著諸多的問題，直接關系到建筑工程的使用，那么設計人員在建筑結構設計的過程中，就需要綜合考慮到多方面的因素，將其掌握

2、的基礎理論知識充分的應用至各個設計環(huán)節(jié)中，保持積極認真的工作態(tài)度，勇于創(chuàng)新，認真研究和分析結構設計中的常見問題，針對這些問題找到合理的解決方案，不斷提高建筑工程的整體質(zhì)量。1 建筑結構設計的優(yōu)化目的建筑物除了其自身的使用功能外，其外形設計也要求能夠讓人們在觀感上賞心悅目。所以設計師在設計建筑物的時候，不僅僅要考慮到建筑物的使用功能，還要考慮到建筑物的外形設計。這就要求結構設計和建筑的施工技術能夠相互協(xié)調(diào)、配合。建筑結構設計的主要目標是安全、適用、耐久、經(jīng)濟、美觀和易于施工。而所謂的建筑結構優(yōu)化設計，就是在原有的建筑物工程結構滿足施工約束條件下，按照預設的目標找出最適合、最經(jīng)濟的施工方案的設計方

3、法。優(yōu)化建筑結構設計不僅可以滿足人們對于建筑外形的美觀要求，還可以令建筑結構設計滿足經(jīng)濟適用的內(nèi)在條件，例如讓建筑物的結構設計變得合理、提高建筑物的結構安全性能、降低工程項目的施工成本等等。一般來說，優(yōu)化建筑結構設計的主要內(nèi)容主要是優(yōu)化建筑工程的總體結構和建筑工程的部分結構。2 建筑結構優(yōu)化設計的要求2.1 體現(xiàn)綠色設計內(nèi)涵，滿足環(huán)保理念近年來，國家大力倡導在每一個行業(yè)內(nèi)普及節(jié)能、環(huán)保理念，同時也依照各行業(yè)發(fā)展的現(xiàn)實狀況，分別出臺、制定了多種建筑節(jié)能政策及規(guī)程。在建筑結構設計的優(yōu)化環(huán)節(jié)，可采用節(jié)能的原材料，從建筑結構的整體框架統(tǒng)籌規(guī)劃、宏觀布局，彰顯其環(huán)保成效，最為典型的措施包括給排水硬件設備

4、的優(yōu)化以及門窗材料的環(huán)?；取Ｔ谶@期間，也不可避免地產(chǎn)生施工廢料及垃圾，需運用最為綠色、環(huán)保的方式加以處置，減少對環(huán)境的“二次污染”，盡量循環(huán)利用。2.2 控制結構優(yōu)化設計的經(jīng)濟性如今，在建設資源節(jié)約型社會的新形勢下，建筑結構優(yōu)化設計的經(jīng)濟效益已與質(zhì)量效益有機聯(lián)系在一起。建筑結構優(yōu)化在設計中，既要統(tǒng)籌質(zhì)量與安全性能，也要有的放矢地控制建設成本，最大限度地降低資金投入。從這個視角上看，優(yōu)化設計需堅持技術先行的原則。2.3 將各種安全要素考慮周全建筑結構在優(yōu)化設計時，一個最起碼的要求便是安全性。倘若只在結構的功能性、經(jīng)濟性等方面狠抓嚴控，但忽略或降低了建筑結構的整體安全性能，那么這樣的設計也是片面

5、無效的，甚至還有可能前功盡棄?；诖耍獙⒏黜棸踩乜紤]在內(nèi)，同時嚴格把控好建筑結構的質(zhì)量關和安全關。2.4 滿足結構優(yōu)化設計的功能需求從本質(zhì)上看，建筑結構優(yōu)化設計是為業(yè)主提供最優(yōu)質(zhì)、最舒適的生活環(huán)境條件。伴隨社會經(jīng)濟的持續(xù)、快速發(fā)展，人們消費水平日益提高，群眾對于建筑設施的功能需求也與時俱進。為此，追求建筑設施的和諧美觀、高效實用無疑是結構設計優(yōu)化的一大要求。3 建筑結構設計方案優(yōu)化的主要內(nèi)容3.1. 建筑物結構周期性的折減系數(shù)對建筑物的框架結構和頂蓋等結構的設計中，計算周期一般會比實際周期大，因為在施工時，由于填充墻體的存在會導致結構的實際表現(xiàn)剛度大于設計剛度。所以一旦計算出建筑物的結構

6、剪力偏小，會導致建筑物的部分結構安全性能降低，這時候就需要對建筑物的結構進行適當?shù)闹芷谛哉蹨p計算。但對于建筑物的框架結構是不適合進行折減計算或把折減系數(shù)取小的。3.2. 優(yōu)化建筑物耐久性設計在很多混凝土的結構設計中都沒有全面、綜合地考慮到建筑物的耐久性，從而導致有許多建筑設計都未能達到當初的設計目標。當建筑物的設計者遇到建筑物的其他使用功能要求或是施工技術指標上升為設計建筑物的主要矛盾時，設計師就要放棄建筑物對經(jīng)濟的單純追求，這時候往往需要根據(jù)建筑物設計所需要解決的重要性問題，挑選出適合的目標來進行優(yōu)化，才能達到滿意的優(yōu)化建筑結構設計方案的效果和目的。4 住宅建筑結構設計優(yōu)化的方法4.1. 結

7、構優(yōu)化模型的建立在進行結構優(yōu)化設計的過程中首要的問題是要根據(jù)實際的結構特性設定成為相關的結構設計參數(shù)，主要的有目標控制參數(shù)和約束控制參數(shù)。對于那些變化范圍比較小的，且在結構的局部加強就能滿足要求的部分參數(shù)，將其確定為預設參數(shù)，從而減少計算的工作量；對于目標函數(shù)，是要找到一組可以滿足預定條件的鋼筋截面積和截面的幾何尺寸，目標是要讓總造價最小。對于約束控制函數(shù)，包括前度和穩(wěn)定約束、截面尺寸約束、結構整體約束、構建單元約束、正常使用狀態(tài)的上下限約束條件等。參數(shù)的設計必須要與實際情況和規(guī)范相符。4.2. 結構優(yōu)化設計的計算方法在結構優(yōu)化設計計算方案的確定上，考慮到建筑結構的復雜性帶來的變量多、約束條件

8、多且非線性，因此在計算過程中，一般的做法是先將有約束的優(yōu)化問題轉化為無約束條件再進行求解，可選用的計算方有拉式乘子法、復合形法等。結構選型、尺寸和參數(shù)設計完成后，在計算方案的基礎上設計優(yōu)化程序。并在得到計算結果后，對結構進行綜合分析，最后確定最合理的結構優(yōu)化設計方案。5 住宅建筑結構設計優(yōu)化的應用分析5.1. 結構優(yōu)化設計的前期參與建筑是相對長期的投資，常見的建筑使用年限均在 50100 年間，這就要求結構能夠保證在設計使用年限內(nèi)，建筑能夠保持基本的使用功能、良好的空間環(huán)境。因此，要在建筑方案設計初期就加入結構優(yōu)化的考慮。這樣可以有效避免出現(xiàn)結構不合理、工程造價高等問題。也就是說，在建筑方案的

9、設計初期就加入結構的優(yōu)化設計，是提高建筑利用率的有效方法。5.2. 結構的概念優(yōu)化設計一幢建筑的完成，可以有多種不同的結構設計方案；另外，對于同一種結構設計方案，采用不同的結構荷載、材料和分析方法以及參數(shù)的不同取值所得到的結果也是有較大區(qū)別的。這些都無法通過計算機自身實現(xiàn)內(nèi)部系統(tǒng)優(yōu)化，需要結構設計人員作出合理的選擇，根據(jù)實際工程經(jīng)驗來進行參數(shù)的確定。通過概念優(yōu)化設計，可以初算建筑結構在各種外力荷載的作用下的內(nèi)力分布，以及將所有不利的荷載集中加載時可能出現(xiàn)的各種破壞形式等，如建筑結構在地震荷載作用下的破壞情況等，得到初算結果后，就可以作為下一步結構深化設計的有力依據(jù)，采取合理的結構形式，選用有效的建筑材料及構造措施，從而降低剛度不均勻、結構不對稱等不利于結構整體抗震的現(xiàn)象。因此，對建筑設計方案進行結構優(yōu)化設計，在地震等自然災害發(fā)生時，就顯得尤為重要。6 結語住宅建筑是目前建設數(shù)量最多，建設頻率最高的一種工程項目，其結構的優(yōu)化設計具有較為深遠的意義。對于高層住宅迅速發(fā)展的今天，結構設計更突顯出其重要性。結構優(yōu)化設計的目的是讓建筑在設計年限內(nèi)能夠更好的發(fā)揮其作用。本文也指出了結構工程師在實際工作中如何運用結構理論知識來優(yōu)化設計方案?？傊Y構