简析建筑结构优化设计

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 简析建筑结构优化设计 【摘要】结构设计的最优化问题 其实一直在伴随着建筑史而发展，进入 到现代社会之后，我们开始利用数学的 概念对建筑的结构进行优化。 中国论文网 /1/view-12763693.htm 【关键词】结构设计；优化设计； 数学模型；优化措施；优化计算 一、概述： 对于工民建工程项目的优化问题， 能够使方案达到最佳的一系列数学方法 称为最佳的优化方法，当这些优化的方 法应用到工程实际中去的时候就称为优 化技术。建筑结构的优化设计一般而言 会分成狭义和广义的两个方向。从狭义 上来说的优化设计就是钢筋抽取的问题， -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 但是如果仅仅是在结构设计的过程中将 钢筋抽掉，这样做只是降低了整体结构 的安全储备，并没有达到我们想要的优 化设计的目的，也就是说这并不科学。 而另一个方向的广义上讲的结构优化设 计就不仅包含着对于结构设计本身的一 种不必要冗杂配筋的去除，还包括着建 筑的其他各个方面，比如舒适性、建筑 容积率、建筑空间利用效率、建筑节能 性等等各个方面。 结构设计的近代优化设计大体上 可以分为三个阶段： 1、将整个建筑工程建立成一个 数学模型； 2、通过寻找一个合理高效的数 学计算方法对建筑结构进行优化设计； 3、利用计算机软件编程技术， 编制出一套符合客观实际的计算程序， 对整个结构进行全数字化的处理。 但是做结构设计的人一定要注意， 利用这些数学方法，一定会给出一个在 已知且给定的条件下的最优解，与此同 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 时我们需要注意的就是，通过数学方法 计算出的这个结果是不是最符合工程条 件的可得解。因为建筑工程的结构设计 是一项非常复杂的内容，它包括着在一 定经济条件下，要满足建筑的安全、美 观、使用要求、节能要求等等。在利用 数学方法进行解析计算时，往往是会考 虑其中的一些起到主要作用的因素，而 忽略掉一些客观因素的影响，如若放到 真正的结构设计中，我们就要通过自己 的分析，而将这些客观的因素融入到我 们的设计中，也就是说我们在利用数学 方法结算得出最优解的时候还要根据自 己全面的判断而进行一些必要的修改。 二、结构优化设计步骤： 1、优化结构数字模型：一般而 言，工民建结构设计的整体优化方案按 照以下几个步骤展开。 首先，选择设计变量：在选择变 量时，挑选的都是那些对于整体结构设 计起到主要影响的参数，例如结构的总 造价、结构损失期望值、结构的可靠度 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 等，而其他的一些对于结构的整体设计 而言，其自身的变化范围不大，或者在 局部的设计中可以满足要求的参数就不 做为设计变量。从众多的变量中筛选出 起到主要作用的参数，就可以大幅度的 降低设计、计算和编制计算机程序时的 工作量。 其次，选出目标函数：在所有的 函数序列中找到一组可以同时满足构件 的截面尺寸、钢筋的配筋率等构件设计 要求的数值，该组数值要能满足造价方 面的要求，力求达到造价最低的目的。 再次，确定计算的约束条件：基 于结构可靠度要求的设计约束条件，包 括构件尺寸的约束、结构强度的约束、 应力约束、变形约束、裂缝宽度约束、 构件单元约束、结构体系约束、从正常 使用极限状态下的弹性约束到最终极限 状态的弹塑性约束、从可靠性指标约束 到确定性指标约束等。在建筑工程结构 设计中，想要将结构最优化设计的结果 应用到实际的结构设计中，就需要对建 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 筑工程实际的约束条件和计算过程中所 采用的目标约束条件相比较，要保证各 个约束条件满足现行国家规范的要求， 从而为实现最优化的设计提供可能。 2、优化设计计算方案的确定： 建筑工程的可靠度优化问题是一个复杂、 影响因素多、约束条件不唯一、约束复 杂、非线性的问题，在实际的计算过程 中一般是将这种有约束条件的问题转化 成一个没有约束条件的问题计算，完成 之后再通过利用一定的公式计算而达到 有约束条件下的可靠度结果。 3、计算程序的设计：这个步骤 就需要专业的人员进行，对于这项工作， 从业人员一定要是懂得基本的结构设计 原则，同时对于计算机编程也有一定的 研究。在优化结构数字模型和确定优化 设计计算方案的基础之上，利用计算机 编制出一套可以用来计算在各种约束条 件综合作用下建筑优化设计的程序。 4、对于计算出的结果分析：根 据第三步的计算程序所得的成果进行深 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 入的分析，选出最合适的结果，从而确 定出最优化的设计方案。 三、对建筑工程结构进行优化设 计的现实意义 建筑结构的设计从始至终都在追 寻一个目标：用最少的费用建造出最符 合业主要求的建筑物。对建筑工程进行 优化设计的方法恰恰是为这个目的提供 了一个有力的条件，为这一目标提供了 无限可能。数字化模型、现代数学的引 入都为结构优化设计提供助力。通过现 代方法对于建筑结构工程的优化设计， 不仅仅能够实现建筑师们所要求的建筑 物的美观、实用性、节能性，还在业主 所希望的节约成本、降低造价方面有着 很好的作用。 对于建筑工程的优化设计，节约 目标成本是一个重要目的，这一目的的 达成，既满足了业主的要求，又能体现 出建筑师和设计师的水平，这是推动结 构优化技术不断发展的社会动力。当然， 在节约成本的同时，一定要满足结构中 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 最重要的安全可靠性，就像我们前面所 提到的，通过数学的方法，得到的可能 是最优解，但不一定就是最终我们所需 要的结果，我们还需要对建筑物的其他 各个方面进行综合的考量，从而选出一 个最符合我们要求的优化结果。唯有如 此才能够真正的做到可持续发展，实现 更多、更大的市场利益。 通过这些年的实际工程应用发现， 与传统的不经过结构优化设计的建筑工 程项目相比，利用结构优化方法进行优 化后的建筑方案，在工程的总造价方面， 一般会有 5%35% 的降低，这一点对 于整个建筑行业而言都是不容小觑的一 个事实。优化设计的好处还不仅仅的表 现在这一个方面，在施工技术方面也有 着不俗的表现，优化方法的技术性实现， 能够对于建筑工程里面的材料性能进行 充分而又合理的利用，在可靠的安全度 范围内协调好建筑物内部各单元之间的 结构关系。与此同时，针对于建筑工程 的优化设计，它还可为建筑整体性方案 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 设计进行合理的决策，优化技术是实现 建筑设计的适用、经济和安全目标的有 效途径。 四、总结语： 总而言之，针对于建筑工程的结 构的优化设计方法的研究不是一个简简 单单的利用数学方法来分析建筑最优解 的问题，而是一个涉及到很多学科，非 常复杂的综合决策性的问题。进行建筑 工程设计的一般原则是：适用、安全、 经济、美观、便于施工，这几个方面既 相互联系又相互制约，如果侧重某一个 方面就必定会牺牲掉另外的一个方面， 这就是矛盾所在，不可能所有的方面都 能够照顾的很周全，这就要求建筑结构 工程师对于整个工程要挑选出一