建筑結構設計優(yōu)化分析

1、<p>　　建筑結構設計優(yōu)化分析</p><p>　　摘要：隨著建筑在我國的迅速發(fā)展，復雜的不規(guī)則建筑越來越多，如何正確進行結構設計和結構計算，以滿足新規(guī)范的要求，成為了結構設計優(yōu)化的主要問題。利用結構設計優(yōu)化的方法對建筑結構進行優(yōu)化設計是實現(xiàn)資源最大化的重要手段，在建筑實踐中具有極強的可操作性，同時結構設計優(yōu)化也給建筑市場的發(fā)展帶來了深遠的意義。 </p><p>　　關鍵詞：

2、問題分析；優(yōu)化方法；意義 </p><p>　　中圖分類號:TU2 文獻標識碼：A </p><p><b>　　1、引言 </b></p><p>　　隨著我國改革開發(fā)發(fā)展速度的加快，人民的生活水平能夠快速的進入了小康時代生活。因此，越來越多的人對物質生活要求也越來越高了，許多人都住進了高樓大廈。如今我國人口的繼續(xù)增長，使得建筑物也越來越多，

3、有許多城市的土地資源有限，這樣導致土地價格越來越高，從而導致了建筑商的建筑成本也就越來越高。 </p><p>　　2、建筑結構的相關問題分析 </p><p>　　(1、結構的超高問題 </p><p>　　在抗震規(guī)范和高規(guī)范中，對結構的總高度有著嚴格的限制，尤其是新規(guī)范中針對以前的超高問題，除了將原來的限制高度設定為A級高度以為，增加了B 級高度，處理措施與設計

4、方法都有較大改變。在實際工程設計中，出現(xiàn)過由于結構類型的變更而忽略該問題，導致施工圖審查時未予通過，必須重新進行設計或需要開專家會議進行論證等工作的情況，對工程工期、造價等整體規(guī)劃的影響相當巨大。 </p><p>　　(2、短肢剪力墻的設置問題 </p><p>　　在新規(guī)范中，對墻肢截面高厚比為5～8 的墻定義為短肢剪力墻，且根據實驗數(shù)據和實際經驗，對短肢剪力墻在高層建筑中的應用增加了

5、相當多的限制，因此，在高層建筑設計中，結構工程師應盡可能少采用或不用短肢剪力墻，以避免給后期設計工作增加不必要的麻煩。 </p><p>　　（3、結構的規(guī)則性問題 </p><p>　　新舊規(guī)范在這方面的內容出現(xiàn)了較大的變動，新規(guī)范在這方面增添了相當多的限制條件，例如：平面規(guī)則性信息、嵌固端上下層剛度比信息等，而且，新規(guī)范采用強制性條文明確規(guī)定“建筑不應采用嚴重不規(guī)則的設計方案?！币虼耍?/p>

6、結構工程師在遵循新規(guī)范的這些限制條件上必須嚴格注意，以避免后期施工圖設計階段工作的被動。 </p><p>　　3、建筑結構設計優(yōu)化方法 </p><p>　　結構優(yōu)化設計包括：基礎結構方案的優(yōu)化設計、屋蓋系統(tǒng)方案的優(yōu)化設計、圍護結構方案的優(yōu)化設計和結構細部設計的優(yōu)化設計。對以上幾個方面的優(yōu)化設計還包括選型、布置、受力分析、造價分析等內容，在實施過程中，還應該按照一切從實際出發(fā)的原則，結合

7、具體工程的實際情況，圍繞房屋建筑的綜合經濟效益的目標進行結構優(yōu)化設計。進行結構設計時，應在滿足設計意圖后，盡量使平面布置規(guī)則，縮小剛度和質量中心的差異，這樣水平荷載就不會使建筑物有太大的扭轉作用。豎直方向上應避開使用轉換層，減少應力集中現(xiàn)象。 </p><p>　?。?）結構優(yōu)化設計模型 </p><p>　　結構設計優(yōu)化就是在各種影響變量中選擇主要參數(shù)，并建立函數(shù)模型，運用科學合理的方法

8、得出最優(yōu)解。結構總體的優(yōu)化建立模型的大致步驟如下：一、設計變量的合理選擇。通常的設計變量選擇對設計要求影響較大的參數(shù)，將所涉及的參數(shù)按照各自的重要性區(qū)分，將對變化影響不大的參數(shù)定為預定參數(shù)，通過這種方法可減少很多計算編程的工作量。二、目標函數(shù)的確定。使用函數(shù)找出滿足既定條件的最優(yōu)解。最后，約束條件的確定。房屋結構可靠度優(yōu)化設計的約束條件，包括了應力約束、裂縫寬度約束、結構強度約束、尺寸約束、從正常時的極限狀態(tài)下彈性約束到終極狀態(tài)的彈塑性

9、約束、從可靠指標約束到確定性約束條件等。設計中，要保證各約束條件必須符合現(xiàn)行規(guī)范的要求。 </p><p>　?。?）結構優(yōu)化計算方案 </p><p>　　結構設計優(yōu)化設計多個變量、多個約束條件，屬于一個非線性的優(yōu)化問題，設定計算方案時，常將有約束條件轉變?yōu)闊o約束條件來計算。常用的方法有拉氏乘子法、符合型法、Powell等。完成計算方案的設定后只需編制相應適用的運算程序即可得到我們的最終

10、優(yōu)化結果。 </p><p>　　4、結構設計優(yōu)化的實際價值 </p><p>　　結構設計優(yōu)化在建筑設計中具有很重要的地位，首先使用結構優(yōu)化的設計能降低建筑造價，其次進行優(yōu)化結構的設計能提高建筑結構的經濟性。這些都具有實際價值。 </p><p>　　（1、通過結構優(yōu)化設計來降低總造價 </p><p>　　進行結構優(yōu)化設計中，多層住宅和高

11、層住宅相比較，層數(shù)越多，總建筑面積增大，單位建筑面積占用的土地面積就越小，節(jié)約了用地成本，但建筑層數(shù)的增多，建筑總高度也會加大，樓與樓之間的間距也要加大，這時占用的土地節(jié)約量就不與建筑層數(shù)增加比例相同了。另如屋蓋部分，一棟樓只有一個屋蓋，并不會因為層數(shù)的增加而有所改變，它的成本下降會比較明顯。對于基礎部分而言，雖然也是各層共用的，但是層數(shù)增加，傳給基礎的荷載將會增大，我們需要增大基礎，這樣單位面積的造價有所降低，但是卻沒有屋蓋的效果那樣

12、明顯。 </p><p>　　(2、通過進行結構設計優(yōu)化來提高建筑結構的經濟性 </p><p>　　建筑的層高增加，由于墻體面積和柱體積增加，結構的自重會增加，基礎和柱的承載力相應增加，水衛(wèi)和電氣的管線會加長；相反降低層高，可節(jié)省材料，有利用抗震，同時建筑的總高度減小，兩建筑之間的日照距離就會減小，間接的節(jié)約了用地。建筑面積相同，建筑使用不同的平面形狀時，它的外墻周長也就會不同，這樣當選

13、擇圓形或是越接近于方形時，外墻周長系數(shù)就越小，基礎、外墻砌體、內外表面裝修都隨之減少，同時其受力性能也得到提高，增強了建筑的經濟性能。 </p><p>　　5、結構設計優(yōu)化的意義 </p><p>　?。?、結構優(yōu)化設計降低總造價 </p><p>　　進行結構優(yōu)化設計中，多層住宅和高層住宅相比較，層數(shù)越多，總建筑面積增大，單位建筑面積占用的土地面積就越小，節(jié)約了

14、用地成本，但建筑層數(shù)的增多，建筑總高度也會加大，樓與樓之間的間距也要加大，這時占用的土地節(jié)約量就不與建筑層數(shù)增加比例相同了。另如屋蓋部分，一棟樓只有一個屋蓋，并不會因為層數(shù)的增加而有所改變，它的成本下降會比較明顯。對于基礎部分而言，雖然也是各層共用的，但是層數(shù)增加，傳給基礎的荷載將會增大，我們需要增大基礎，這樣單位面積的造價有所降低，但是卻沒有屋蓋的效果那樣明顯。 </p><p>　?。?、進行結構設計優(yōu)化提高

15、建筑結構經濟性 </p><p>　　建筑的層高增加，由于墻體面積和柱體積增加，結構的自重會增加，基礎和柱的承載力相應增加，水衛(wèi)和電氣的管線會加長；相反降低層高，可節(jié)省，有利用抗震，同時建筑的總高度減小，兩建筑之間的日照距離就會減小，間接的節(jié)約了用地。建筑面積相同，建筑使用不同的平面形狀時，它的外墻周長也就會不同，這樣當選擇圓形或是越接近于方形時，外墻周長系數(shù)就越小，基礎、外墻砌體、內外表面裝修都隨之減少，同時其

16、受力性能也得到提高，增強了建筑的經濟性能。 </p><p>　　與傳統(tǒng)的結構設計相比，采用結構設計優(yōu)化方法可以使建筑工程造價降低6%-34%。優(yōu)化方法的技術性實現(xiàn)，可以最合理的利用材料性能，使建筑結構內部各單元得到最好的協(xié)調，不僅可以實現(xiàn)建筑美觀、實用，而且在造價方面也有較大的節(jié)省，達到了建筑工程設計對適用、安全、經濟、美觀和便于施工的一般要求。通過使用優(yōu)化設計手段，達到這5個方面的最佳結合，符合現(xiàn)今建筑商對于

17、建筑結構的效益的需求，也符合市場可持續(xù)發(fā)展的需求。 </p><p><b>　　6、結束語 </b></p><p>　　建筑結構設計優(yōu)化分析，能提高有限的空間、有限的資源，讓其最大化的效果發(fā)揮，實現(xiàn)了經濟化、實用性和適用性的良好目標。滿足了建筑產品的品質要求不斷提高的目的，實現(xiàn)了人們對于居住條件及生活環(huán)境的要求不斷提高的需求，同時，這也實現(xiàn)了建筑商不斷尋求新的手段

18、來滿足顧客的需求，達到降低建筑工程造價成本的目標。 </p><p><b>　　參考文獻 </b></p><p>　　[1] 孫振.淺談建筑結構優(yōu)化設計[J].硅谷.2010(20) </p><p>　　[2] 苗潔,白潔.小議建筑鋼結構的優(yōu)化設計[J].黑龍江科技信息.2011(12) </p><p>　　[3