時(shí)間：2023-07-21 17:27:01
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創(chuàng)造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，希望這些內(nèi)容能成為您創(chuàng)作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進(jìn)步。
關(guān)鍵詞：房屋建筑；建筑結(jié)構(gòu)；優(yōu)化設(shè)計(jì)；設(shè)計(jì)研究
中圖分類號(hào)： TU3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A
引言
隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們的生活水平不斷提高，對(duì)于自身的生活和居住環(huán)境也提出了更高的要求。房屋建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，不僅需要考慮結(jié)構(gòu)的合理性、可行性和安全性，還必須充分滿足舒適性、經(jīng)濟(jì)性的要求。在市場經(jīng)濟(jì)環(huán)境下，市場競爭的日益激烈，使得建筑企業(yè)為了保證自身的利益，在保證建筑使用質(zhì)量的前提下盡可能的降低成本，展開了對(duì)于結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法的有益探索，從而推動(dòng)了建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)的發(fā)展，不僅可以使得房屋建筑的設(shè)計(jì)效果更佳，而且能夠取得最大的經(jīng)濟(jì)效益，具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。
一、建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)綜述
建筑工程包含的方面很多，所以建筑結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)過程中優(yōu)化所涉及的內(nèi)容也很豐富。從大的方面可以簡單分為兩大內(nèi)容，即房屋總體結(jié)構(gòu)優(yōu)化和分部結(jié)構(gòu)優(yōu)化。細(xì)化可以進(jìn)一步分為:房屋內(nèi)部基本結(jié)構(gòu)優(yōu)化;房屋的維護(hù)方面、細(xì)節(jié)和總體結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì);屋頂結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì);房屋造價(jià)優(yōu)化控制設(shè)計(jì)等。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的目的是能夠?qū)τ邢薜目臻g和固定的資源進(jìn)行合理分配，將建筑材料和設(shè)備達(dá)到最大使用率，還能使所要建成的房屋安全、舒適、美觀。經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計(jì)的房屋比一般房屋在造價(jià)方面能夠節(jié)省很多，從長遠(yuǎn)利益上看，建筑優(yōu)化設(shè)計(jì)的理念對(duì)建筑工程是一種可持續(xù)發(fā)展的理論觀念，對(duì)資源實(shí)現(xiàn)充分利用起到了關(guān)鍵作用。
二、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)的作用
（一）提升建筑的安全性
通過對(duì)房屋建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，可以對(duì)原有設(shè)計(jì)方案中的不足和缺陷進(jìn)行彌補(bǔ)，從而提升建筑結(jié)構(gòu)的合理性和安全性，在保證建筑整體質(zhì)量的基礎(chǔ)上，節(jié)省建筑材料，提升建筑的穩(wěn)定性和相應(yīng)的受力性能，確保建筑的使用安全。
（二）減低工程造價(jià)
相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，運(yùn)用結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)后，與原設(shè)計(jì)方案相比，建筑工程的成本可以節(jié)約10%－30%左右，成本大大降低。同時(shí)，通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，還可以充分發(fā)揮原材料的性能，確保建筑結(jié)構(gòu)各個(gè)單元之間的緊密聯(lián)系，提升建筑工程的經(jīng)濟(jì)性。
三、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)的方法
之前也提到，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所追求的最終效果，是實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的安全性、經(jīng)濟(jì)性、美觀性、實(shí)用性以及施工的便利性。在房屋建筑中應(yīng)用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)，主要體現(xiàn)在建筑結(jié)構(gòu)總體的優(yōu)化設(shè)計(jì)以及建筑的分部結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，主要包括基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)、屋蓋系統(tǒng)、圍護(hù)結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)細(xì)部等多個(gè)方面，需要從結(jié)構(gòu)受力情況、整體布局、結(jié)構(gòu)造型以及成本造價(jià)等方面進(jìn)行綜合分析。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)需要從房屋建筑的實(shí)際情況出發(fā)，以確保優(yōu)化設(shè)計(jì)作用的充分發(fā)揮。
（一）建立相應(yīng)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型
結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的實(shí)質(zhì)，是利用相應(yīng)的數(shù)學(xué)知識(shí)，對(duì)就愛你住結(jié)構(gòu)中的各種參數(shù)進(jìn)行整理和分析，然后依據(jù)結(jié)構(gòu)整體，構(gòu)建相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，尋求最優(yōu)設(shè)計(jì)的過程實(shí)際上就是對(duì)最優(yōu)解的求解過程。因此，在對(duì)房屋結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，需要建立相應(yīng)的優(yōu)化模型。首先，對(duì)設(shè)計(jì)變量進(jìn)行合理選擇，設(shè)計(jì)變量對(duì)于房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的影響是十分巨大的，設(shè)計(jì)人員需要按照變量的重要性，對(duì)其設(shè)計(jì)的參數(shù)進(jìn)行分類，將影響較小的變量作為預(yù)定參數(shù)，從而簡化計(jì)算流程。其次，要對(duì)目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行確定。在這里的目標(biāo)函數(shù)，就是滿足建筑實(shí)際需求的最優(yōu)解。然后，明確約束條件。對(duì)于房屋結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)而言，其約束條件主要包括強(qiáng)度約束、尺寸約束、應(yīng)力約束、彈塑性約束時(shí)，可以按照現(xiàn)行的房屋建筑設(shè)計(jì)規(guī)范，對(duì)優(yōu)化設(shè)計(jì)的約束條件進(jìn)行明確。
（二）確定結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方案
對(duì)于房屋建筑而言，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化方案，主要是指結(jié)構(gòu)的布局以及細(xì)部的優(yōu)化。結(jié)構(gòu)布局的合理性直接影響著房屋結(jié)構(gòu)的造價(jià)，因此要求其結(jié)構(gòu)盡量簡單，傳力直接，避免多次傳力的情況。而細(xì)部優(yōu)化是一個(gè)較為廣泛的概念，包含的內(nèi)容相對(duì)較多，根據(jù)其對(duì)于房屋結(jié)構(gòu)的影響程度分析，最為關(guān)鍵的部分，是對(duì)構(gòu)件截面的合理選擇。例如，豎向構(gòu)件應(yīng)該在滿足實(shí)際需求的前提下適當(dāng)選擇軸壓比，軸壓比過大或過小都會(huì)影響配筋的設(shè)置。梁的截面設(shè)置同樣如此，如果截面過大，會(huì)影響建筑內(nèi)部的有效空間，而截面過小，則會(huì)導(dǎo)致配筋相對(duì)較大，影響造價(jià)。
四、探討房屋結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)的實(shí)踐應(yīng)用方式
（一）框剪設(shè)計(jì)的整體思路
框剪結(jié)構(gòu)集框架結(jié)構(gòu)布局靈活、剪力墻結(jié)構(gòu)剛度較大的優(yōu)點(diǎn)于一身，使得該種結(jié)構(gòu)體系具有較好的延性和整體性。目前框剪結(jié)構(gòu)已被廣泛的應(yīng)用于公用建筑、住宅等高層建筑中。在這個(gè)結(jié)構(gòu)的剪力墻可以單獨(dú)設(shè)置，也可以利用一些其他的墻體，比如電梯井、樓梯間等，此外，這個(gè)結(jié)構(gòu)還可以有效的提高側(cè)向剛度。在實(shí)際的建筑施工中，主要有剛性、剛?cè)帷⑷嵝缘炔煌膬r(jià)值計(jì)算方法，一般來說選用哪種計(jì)算方法會(huì)根據(jù)抗震質(zhì)量的不同來進(jìn)行合理的選擇，比如為了改善結(jié)構(gòu)的抗震性能，應(yīng)該注意場地的土質(zhì)類別，對(duì)不同土質(zhì)采取不同的加剪力墻等。
（二）復(fù)合地基形成法的技術(shù)提升
通過對(duì)被加固土體填充相應(yīng)的材料，改變土體的結(jié)構(gòu)，使土體被增強(qiáng)或被置換形成一定的增強(qiáng)體，由增強(qiáng)體和周圍地基同承載荷載，形成復(fù)合地基的一些地基處理方法。在建筑施工中，根據(jù)特殊地質(zhì)條件對(duì)地基承載力的要求，而選用不同的處理方法達(dá)到相應(yīng)要求。比如通過填充砂和石料深入土體，被置換或擠密，從而達(dá)到提高承載力的目的等。
（三）多層鋼筋混凝土框剪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
在多層鋼筋混凝土框剪結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)上，全面把握設(shè)計(jì)的主要點(diǎn)，分析梁柱以及剛接或者鉸接相連促成的承載重量體系，在依據(jù)設(shè)計(jì)圖紙和文件的前提下，全面把握設(shè)計(jì)圖紙的客觀需要，同時(shí)加強(qiáng)規(guī)范性施工和管理，讀懂并理解設(shè)計(jì)圖紙中的每一項(xiàng)內(nèi)容，達(dá)到按圖紙施工、依據(jù)圖紙?jiān)O(shè)計(jì)的目的，作好技術(shù)交底。根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)的實(shí)際需求，可以采用現(xiàn)澆式框剪設(shè)計(jì)，就是通過梁、柱、樓蓋的現(xiàn)澆鋼筋水泥混凝土結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)的整體性能，提升抗震能力，在實(shí)際建筑設(shè)計(jì)中可以廣泛應(yīng)用；同時(shí)，還可以采用預(yù)制裝配式設(shè)計(jì)，就是指梁、柱、樓板均為預(yù)制，這樣可以減少工程的難度，提高工程的速度，但是，整體建筑質(zhì)量的性能不是很強(qiáng)，抗震效果、漏水系統(tǒng)等會(huì)有一定的偏差，可以結(jié)合地質(zhì)條件進(jìn)行考慮。
（四）框架梁、柱箍筋間距的優(yōu)化
對(duì)不同抗震等級(jí)的框架梁，柱箍筋加密區(qū)的最小箍筋直徑和最大箍筋間距做了明確的規(guī)定。側(cè)重點(diǎn)就是關(guān)于質(zhì)量，比如抗震等級(jí)、人防等級(jí)、地基處理、承載能力、材料使用等一些相關(guān)因素，同時(shí)還包括對(duì)設(shè)計(jì)圖紙的詳細(xì)了解和掌握，在鋼筋水泥的質(zhì)量要求、地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級(jí)、砌體結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量控制等級(jí),基本雪壓和基本風(fēng)壓,地面粗糙度等等一些基本建筑結(jié)構(gòu)的類型需要，如混凝土的含堿量不得超過3kg/m3、地下水類型及標(biāo)高、防水設(shè)計(jì)水位和抗浮設(shè)計(jì)水位，地基液化，濕陷及其他不良地質(zhì)作用，地基土凍結(jié)深度、設(shè)計(jì)活荷載值、混凝土結(jié)構(gòu)的環(huán)境類別、材料等級(jí)、強(qiáng)度等級(jí)、材料性能、施工質(zhì)量的特別要求等，是在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中要考慮的要素。
結(jié)束語
總之，在我國建筑行業(yè)飛速發(fā)展的帶動(dòng)下，人們對(duì)于建筑工程提出了更高的要求，也使得結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)在建筑工程領(lǐng)域發(fā)揮著日益重要的作用。對(duì)于設(shè)計(jì)人員而言，需要對(duì)房屋結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的復(fù)雜性和系統(tǒng)性有一個(gè)清晰而明確的認(rèn)識(shí)，不斷提升自身的專業(yè)能力和設(shè)計(jì)水平，推動(dòng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)的發(fā)展，進(jìn)而促進(jìn)我國建筑行業(yè)的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展。
參考文獻(xiàn)
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[關(guān)鍵詞]房屋建筑結(jié)構(gòu)；優(yōu)化設(shè)計(jì)；實(shí)踐應(yīng)用
文章編號(hào)：2095-4085（2015）10-0055-02
近年來，經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速提高促使基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)得到空前發(fā)展。技術(shù)人員在實(shí)際工作中應(yīng)不斷積累經(jīng)驗(yàn)，提高創(chuàng)新能力，掌握先進(jìn)的設(shè)計(jì)理論，對(duì)施工中遇到的問題進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)分析，使相關(guān)資源得到最優(yōu)化的合理配置，以提高房屋建筑的商品價(jià)值。
1房屋建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的重要性
當(dāng)前，隨著我國新時(shí)代房屋建筑的發(fā)展，人們對(duì)房屋建筑的高需求也使得設(shè)計(jì)工作逐漸步入深水區(qū)。各種設(shè)計(jì)問題急需解決，其居住功能不斷被弱化，進(jìn)而賦予其更多延伸功能。在施工階段，施工方通過更新和優(yōu)化施工技術(shù)，不僅提高了房屋建筑的質(zhì)量，還達(dá)到了提高相應(yīng)經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益指標(biāo)的目的。
2建筑房屋優(yōu)化設(shè)計(jì)的實(shí)踐應(yīng)用
房屋建筑的優(yōu)化設(shè)計(jì)貫穿于房屋設(shè)計(jì)施工的等各個(gè)不同環(huán)節(jié)。下面從施工技術(shù)、使用功能和經(jīng)濟(jì)效益等方面進(jìn)行簡要分析。
2.1房屋建筑施工技術(shù)方面的優(yōu)化
為了跟隨市場不斷發(fā)展的腳步，房屋建筑施工技術(shù)方面需要有所創(chuàng)新和優(yōu)化。比如在施工過程中，異形板拐角處的裂縫情況就受到內(nèi)部鋼筋的影響，對(duì)于鋼筋材質(zhì)不同的I級(jí)鋼和冷軋帶肋鋼，其價(jià)格雖然相差不大，但利用計(jì)算機(jī)仿真優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)建立函數(shù)模型發(fā)現(xiàn)，其抗拉極限等力學(xué)性能指標(biāo)卻截然不同。一般來講，冷軋帶肋鋼筋更具有良好的優(yōu)越性。由此可見，施工技術(shù)的不同會(huì)對(duì)房屋建筑的耐久屬性產(chǎn)生直接影響，同時(shí)對(duì)房屋建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性、抗風(fēng)性和抗震性產(chǎn)生的效果截然不同。
2.2房屋建筑使用功能方面的優(yōu)化
對(duì)于房屋建筑而言，其最基本的使用功能達(dá)到消費(fèi)者的心理訴求。筆者以剪力墻結(jié)構(gòu)布置為例進(jìn)行簡要說明。對(duì)于建設(shè)方來講，房屋建筑如果定位為高檔豪宅（比如高層住宅小區(qū)）時(shí)，由于純剪力墻結(jié)構(gòu)的剛度大于框架一剪力墻復(fù)合結(jié)構(gòu)，而且其抗震性能也要好于后者，所以優(yōu)先考慮大開間剪力墻結(jié)構(gòu)布置。為了考慮使用性能，可以采用厚度為160mm的薄墻體。這樣的設(shè)計(jì)不僅美觀而且還為消費(fèi)者爭取了更多的使用面積，也節(jié)約了建筑材料，降低了工程造價(jià)。設(shè)計(jì)中如果出現(xiàn)剪力墻有柱無梁狀況時(shí)，就會(huì)設(shè)置成暗梁明柱結(jié)構(gòu)。但是為了不影響其美觀，墻體結(jié)構(gòu)的斷面結(jié)構(gòu)設(shè)置為X250，并選用φ14的配筋。所以說，無論選擇用何種結(jié)構(gòu)的剪力墻，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上的優(yōu)化對(duì)其使用性能都具有積極作用。
2.3房屋建筑經(jīng)濟(jì)效益方面的優(yōu)化
以某市某教師公寓小區(qū)房屋建筑工程為例進(jìn)行簡要介紹，其地基基礎(chǔ)承載力特征值為262kPa，地基基底壓力經(jīng)測(cè)算為425kPa。另外根據(jù)地質(zhì)勘查報(bào)告，復(fù)雜的地形地貌結(jié)構(gòu)無法滿足現(xiàn)場施工要求，施工方根據(jù)多年施工經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場情況，經(jīng)與建設(shè)方和設(shè)計(jì)方溝通后提出了兩套施工方案，具體情況如表1所示。
通過比較，筆者僅從經(jīng)濟(jì)效益上發(fā)現(xiàn)，方案一的工程造價(jià)為315萬元，而方案二的工程造價(jià)為36萬元，方案二在工程造價(jià)方面僅為方案一的十分之一。另外，方案二不僅節(jié)約了混凝土和鋼筋的用量，而且還減少了樁的數(shù)量。從而降低了整個(gè)工程的造價(jià)，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。
關(guān)鍵詞：復(fù)雜建筑；預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)；優(yōu)化設(shè)計(jì)
在當(dāng)前我國大多數(shù)建筑工程施工中，人們?yōu)榱耸沟媒ㄖこ坦芾淼氖┕べ|(zhì)量得到進(jìn)一步的提高，人們就采用相關(guān)的優(yōu)化措施來對(duì)其進(jìn)行處理，從而使得建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和可靠性得到有效的提高，以確保我國建筑行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。而目前我們?cè)趯?duì)建筑預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，有時(shí)會(huì)受到在各種外界環(huán)境的影響，而出現(xiàn)相關(guān)的質(zhì)量問題，這就降低了建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和可靠性，導(dǎo)致建筑物中存在著許多的安全隱患。而且隨著我國建筑行業(yè)的不斷發(fā)展，建筑結(jié)構(gòu)也逐漸的復(fù)雜化，這就使得建筑預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)中存在著問題也越來越明顯。為此，我們就要采用相關(guān)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案來對(duì)其進(jìn)行處理，從而使得建筑預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)在使用的過程中可以達(dá)到一個(gè)最佳的狀態(tài)。
一、預(yù)應(yīng)力的概述
1、預(yù)應(yīng)力的定義
所謂的預(yù)應(yīng)力也就是人們?cè)诮ㄖこ淌┕ぶ校瑸榱烁纳平ㄖY(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、可靠性等各方面性能，在工程施工期間所預(yù)先實(shí)踐的壓力，從而抵消建筑荷載所產(chǎn)生的拉應(yīng)力，這樣不僅可以有效的保障建筑工程的施工質(zhì)量，還減少了建筑結(jié)構(gòu)安全隱患的發(fā)生。目前，在我國建筑工程施工中，預(yù)應(yīng)力常用在混凝土結(jié)構(gòu)當(dāng)中，這就使得預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)在正常使用的過程中，其工作性能要比普通混凝土結(jié)構(gòu)要強(qiáng)，這就使得建筑結(jié)構(gòu)的整體性和穩(wěn)定性的有效的提高。
2、預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的概述
建筑工程構(gòu)件在實(shí)際應(yīng)用的過程中，除了要對(duì)構(gòu)件所受到的混凝土模塊自重的影響以外，還要對(duì)鋼筋結(jié)構(gòu)拉應(yīng)力的影響，因此我們就可以在混凝土結(jié)構(gòu)中施加一定的壓力，從而使得混凝土構(gòu)件的耐久性增強(qiáng)，使得建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和可靠性得到進(jìn)一步的提升。而在工程中我們就將這種施加了預(yù)應(yīng)力的構(gòu)件，稱之為預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)。目前，在我國建筑工程施工中，預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)已經(jīng)得到了人們的廣泛應(yīng)用，這就使得建筑結(jié)構(gòu)的功能和質(zhì)量得到了有效的增強(qiáng)。
二、預(yù)應(yīng)力優(yōu)化設(shè)計(jì)的分析
1對(duì)預(yù)應(yīng)力超靜定結(jié)構(gòu)的受力分析
在預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，我們必須要對(duì)建筑結(jié)構(gòu)中，調(diào)整力系和工作力系這兩個(gè)方面的內(nèi)容來對(duì)其進(jìn)行判斷。其中調(diào)整力系是指錨具和預(yù)應(yīng)力鋼筋結(jié)構(gòu)在使用過程中，對(duì)建筑混凝土結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的作用。而工作力系則是設(shè)計(jì)荷載對(duì)建筑結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的作用。在建筑工程施工中，如果混凝土中存在著工作力系，那么極其容易導(dǎo)致其混凝土結(jié)構(gòu)受到破壞，從而使得建筑整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和可靠性受到嚴(yán)重的影響，因此我們?cè)诮ㄖこ淌┕ぶ校鸵谄渲惺┘右欢ǖ膬?nèi)力，來對(duì)其進(jìn)行調(diào)整，從而提高建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。
假使預(yù)應(yīng)力筋的布束形式不夠合理，預(yù)應(yīng)力筋的數(shù)量就會(huì)有所增加，其對(duì)結(jié)構(gòu)控制斷面的內(nèi)力調(diào)整的效果也是有差異的。所以，預(yù)應(yīng)力筋的曲線幾何位置是要在常規(guī)中進(jìn)行反復(fù)調(diào)整的，除此之外，因受到梁截面面積的大小限制，梁端的錨具布置就會(huì)出現(xiàn)障礙，此時(shí)，就要進(jìn)行粱下的直線預(yù)應(yīng)力筋的布置。當(dāng)設(shè)計(jì)荷載設(shè)定以后，混凝土的工作力系值就固定了下來，加之結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求，結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)參數(shù)都被限制在一定的程度內(nèi)，通過這樣的設(shè)定，預(yù)應(yīng)力的設(shè)計(jì)也就擁有了一個(gè)合理的調(diào)整力系，使得結(jié)構(gòu)的各項(xiàng)內(nèi)容的檢驗(yàn)都能夠符合規(guī)定的要求。
（二）對(duì)預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)變量的分析
極限狀態(tài)以及承載能力的極限狀態(tài)是預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)中配筋設(shè)計(jì)所要滿足的規(guī)范和規(guī)定，并對(duì)此進(jìn)行變形、抗裂、承載力、和應(yīng)力的驗(yàn)算。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，一般利用結(jié)構(gòu)的高跨比對(duì)結(jié)構(gòu)的變形進(jìn)行主要的控制，預(yù)應(yīng)力筋的配筋則對(duì)抗裂進(jìn)行控制。如果出現(xiàn)承載力的要求不能被預(yù)應(yīng)力筋量滿足時(shí)，就要進(jìn)行對(duì)非預(yù)應(yīng)力鋼筋的增配工作。所以，作為預(yù)應(yīng)力的初步設(shè)計(jì)，預(yù)應(yīng)力配筋則可受到結(jié)構(gòu)抗裂性的要求進(jìn)行控制。混合式的曲線與直線配筋和單獨(dú)的曲線配筋是預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)中常用的兩種布束方式，在初步設(shè)計(jì)中，預(yù)應(yīng)力的沿力筋可視為不變，其損失也就不需要進(jìn)行考慮。依據(jù)等效荷載法，結(jié)構(gòu)所受的曲線預(yù)應(yīng)力作用可以被視為調(diào)整力系的作用。
三、工程實(shí)例分析
1、工程概況
某市大劇院是該市的一項(xiàng)重大市政工程，大劇院的高度約為50 米，面積可達(dá)5.2萬平方米，是該市的一項(xiàng)標(biāo)志性建筑，地下有四層，地上有十層，具備綜合性、多功能的大廳、左右舞臺(tái)、主舞臺(tái)、音樂廳、后臺(tái)等較多的附屬結(jié)構(gòu)。其建筑設(shè)計(jì)的要求非常嚴(yán)格，整體建筑結(jié)構(gòu)尺寸和結(jié)構(gòu)布置非常復(fù)雜，剪力墻、直柱、梁、曲柱、板組成等超靜定結(jié)構(gòu)是它所采用的結(jié)構(gòu)體系。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，側(cè)墻長32 米，高位25米，厚度為600 毫米。以便于更好地滿足建筑管道的布置要求，寬度為500 毫米，沿墻長方向還設(shè)有7 道豎向間隔縫，墻體由此被分為8 個(gè)薄壁墻肢。
此外，為了能夠根據(jù)空間布局要求滿足大劇院的使用功能，其建筑跨度很大，并且使用了預(yù)應(yīng)力混凝土梁結(jié)構(gòu)。其中，該建筑的大廳的預(yù)應(yīng)力梁跨度為25 米，設(shè)計(jì)荷載也是比較的大。同時(shí)，為了使得該大劇院結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性有所增強(qiáng)，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的上方預(yù)應(yīng)力梁現(xiàn)澆和剪力墻與其它結(jié)構(gòu)體系還與前后剪力墻相連。受到設(shè)計(jì)載荷的影響，側(cè)墻的薄壁墻肢所要承受的彎矩非常的大，該部位處于受壓的偏心狀態(tài)。由此可見。預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)的關(guān)鍵則是預(yù)應(yīng)力的梁體設(shè)計(jì)的抗裂性要求的滿足方式，合理的預(yù)應(yīng)力優(yōu)化設(shè)計(jì)能夠使預(yù)應(yīng)力的鋼束能夠得到合理的配置，還要能夠使得剪力墻所承受的巨大彎矩有所減小。
2、預(yù)應(yīng)力優(yōu)化設(shè)計(jì)
根據(jù)該大劇院的大廳預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)分析，其優(yōu)化設(shè)計(jì)中的實(shí)際結(jié)構(gòu)是所建立的空間三維的計(jì)算模型的有限元軟件ANSYS 所建立的結(jié)構(gòu)，通過該軟件分析結(jié)構(gòu)的各向受力。計(jì)算表明，預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)被薄壁墻肢上端的彎矩所控制，所以，建筑的三個(gè)控制截面分別為梁端截面、薄壁墻肢上端以及梁的跨中截面。
四、結(jié)束語
總而言之，在當(dāng)前我國建筑行業(yè)發(fā)展的過程中，復(fù)雜建筑結(jié)構(gòu)在逐漸的增多，這不僅提高了工程施工的難度，還使得預(yù)應(yīng)力建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)在實(shí)際應(yīng)用的過程中，有著一定的挑戰(zhàn)性，因此為了保障建筑工程的施工質(zhì)量，施工人員一定要對(duì)其各個(gè)部位的建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行預(yù)應(yīng)力優(yōu)化設(shè)計(jì)，從而使得整體建筑的穩(wěn)定性和可靠進(jìn)行得到明顯的增強(qiáng)。■
參考文獻(xiàn)
關(guān)鍵詞：建筑結(jié)構(gòu)；數(shù)字化建造；3D打印；拓?fù)鋬?yōu)化
縱觀建筑結(jié)構(gòu)歷史的發(fā)展，變革往往來自背后的設(shè)計(jì)方法與建造工具，如透視法對(duì)文藝復(fù)興的影響，切石法對(duì)巴洛克的推動(dòng)，軸側(cè)畫法對(duì)現(xiàn)代主義的作用，而現(xiàn)如今，隨著建造的操作主體經(jīng)歷手工、傳統(tǒng)機(jī)械、數(shù)控機(jī)械乃至3D打印機(jī)的轉(zhuǎn)化，建造的操作對(duì)象從傳統(tǒng)磚混材料向先進(jìn)復(fù)合材料發(fā)展，同時(shí)結(jié)合由計(jì)算機(jī)技術(shù)孕育而生的參數(shù)化設(shè)計(jì)、算法化設(shè)計(jì)，毫無疑問地，建筑結(jié)構(gòu)的數(shù)字化設(shè)計(jì)與建造時(shí)代已經(jīng)到來。
1 3D打印
作為建筑結(jié)構(gòu)數(shù)字化建造中極其重要的組成部分，3D打印是以設(shè)計(jì)模型的三維數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，采用材料逐漸累加的方法生成三維實(shí)體的技術(shù)，因此又被稱為增材制造。作為第三次工業(yè)革命的重要標(biāo)志，3D打印目前已廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車、醫(yī)療、珠寶、玩具等行業(yè)領(lǐng)域，對(duì)傳統(tǒng)社會(huì)生產(chǎn)造成巨大沖擊，成為公認(rèn)的將改變?nèi)祟愇磥淼膭?chuàng)造性技術(shù)。
與傳統(tǒng)的建筑結(jié)構(gòu)建造方式相比，3D打印方式具有可實(shí)現(xiàn)高度復(fù)雜結(jié)構(gòu)的自由生長成形、極大地減少施工工序、縮短施工周期、降低施工成本、環(huán)保節(jié)能等突出優(yōu)點(diǎn)，并且可以極大地拓寬建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)空間，使建筑師更多的靈感與創(chuàng)意成為真實(shí)。
目前，輪廓工藝、D-Shape、自由形式建造是國際上建筑結(jié)構(gòu)領(lǐng)域最被寄予厚望的三大3D打印技術(shù)。
美國南加州大學(xué)的Khoshnevis教授所提出的輪廓工藝研究項(xiàng)目已獲得美國宇航局NASA的資助，用于測(cè)試并評(píng)估采用輪廓工藝在月球上快速就地取材，批量建造住所、實(shí)驗(yàn)室以及其它設(shè)施的可能性。Khoshnevis教授指出，在2050年左右，建筑結(jié)構(gòu)的3D打印將會(huì)成為一種成熟的技術(shù)。
由意大利發(fā)明家Enrico Dini發(fā)明的D-Shape打印機(jī)使用的原料主要是砂與鎂基膠而非混凝土，建造出來的建筑結(jié)構(gòu)質(zhì)地類似于大理石，這種新型材料由于其堅(jiān)固的微結(jié)晶結(jié)構(gòu)而表現(xiàn)出良好的密實(shí)度和抗拉強(qiáng)度。
自由形式建造工藝是由英國拉夫堡大學(xué)創(chuàng)新和建筑研究中心提出的，并得到英國工程和自然科學(xué)研究委員會(huì)、福斯特建筑設(shè)計(jì)事務(wù)所等的資助與合作。
2014年，上海青浦張江工業(yè)園，我國的盈創(chuàng)建筑科技有限公司（以下簡稱盈創(chuàng)）采用自主研發(fā)的全球最大建筑3D打印機(jī)在24小時(shí)內(nèi)打印了10棟房屋。2015年初，盈創(chuàng)又宣布打印出一棟15米高的六層住宅，以及作為上海浦東湯臣一品售樓處的1100平方米三層別墅。該別墅的建筑成本約100萬元人民幣，3D打印所用材料為回收的建筑垃圾、玻璃纖維以及高強(qiáng)混凝土。
2014年，奧雅納工程顧問（以下簡稱奧雅納）為荷蘭海牙的某項(xiàng)目設(shè)計(jì)張拉整體結(jié)構(gòu)，但由于整個(gè)結(jié)構(gòu)和電纜構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)過于錯(cuò)綜復(fù)雜，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)中處處存在著不規(guī)則連接與特殊結(jié)構(gòu)角度，即1200個(gè)鋼節(jié)點(diǎn)各不相同。奧雅納的工程師們嘗試解放受傳統(tǒng)機(jī)械加工工藝束縛的設(shè)計(jì)思路，通過對(duì)鋼節(jié)點(diǎn)進(jìn)行純力學(xué)意義上的優(yōu)化設(shè)計(jì)，得到相比傳統(tǒng)設(shè)計(jì)節(jié)省約75%材料的異形鋼節(jié)點(diǎn)，并利用選擇性激光燒結(jié)3D打印技術(shù)生產(chǎn)出了這些復(fù)雜的異形鋼節(jié)點(diǎn)。
2 拓?fù)鋬?yōu)化
正如奧雅納的工程師將3D打印技術(shù)與結(jié)構(gòu)優(yōu)化結(jié)合起來從而充分享受到了自由設(shè)計(jì)的巨大優(yōu)勢(shì)，哈佛大學(xué)設(shè)計(jì)研究院的帕納約蒂斯教授也指出，數(shù)字化建造技術(shù)最重要的貢獻(xiàn)并不在于讓人類更易于建造復(fù)雜的建筑結(jié)構(gòu)，而在于脫離建筑結(jié)構(gòu)的拼裝體系、連接建構(gòu)體系從而達(dá)到材料柔性分布體系。帕納約蒂斯教授認(rèn)為，3D打印技術(shù)允許材料在空間中更加連續(xù)地復(fù)合在一起，同時(shí)建造出具有材料層級(jí)的結(jié)構(gòu)，尤其是在多重材料打印技術(shù)的輔助下，將可以制造出各點(diǎn)材料屬性不一的結(jié)構(gòu)。
帕納約蒂斯.米哈拉托斯教授基于連續(xù)體拓?fù)鋬?yōu)化等結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法，在參數(shù)化設(shè)計(jì)工具Grasshopper中開發(fā)出插件Millipede，允許建筑師在方案設(shè)計(jì)階段融入結(jié)構(gòu)性能優(yōu)化的概念，使結(jié)構(gòu)性能分析工具與建筑形態(tài)生成工具一體化。
作為數(shù)字化結(jié)構(gòu)性能生形工具M(jìn)illipede的算法原理之一，連續(xù)體拓?fù)鋬?yōu)化是過去二十多年里結(jié)構(gòu)多學(xué)科優(yōu)化領(lǐng)域最熱門的研究方向。連續(xù)體拓?fù)鋬?yōu)化是指在指定的設(shè)計(jì)區(qū)域內(nèi)，給定荷載與邊界條件，在一定的約束條件下，通過改變結(jié)構(gòu)的拓?fù)湫问交蛘哒f材料布局，使結(jié)構(gòu)的某種性能指標(biāo)達(dá)到最優(yōu)。目前最常見的連續(xù)體拓?fù)鋬?yōu)化方法有SIMP法、水平集法、ESO/BESO法等。連續(xù)體拓?fù)鋬?yōu)化方法在航空航天、汽車、機(jī)械等行業(yè)早已成為概念設(shè)計(jì)的有力工具，而對(duì)于采用3D打印技術(shù)建造的建筑結(jié)構(gòu)，作為其數(shù)字化結(jié)構(gòu)性能生形工具更是極具發(fā)展?jié)摿Α?/p>
2004年，大森博司等在日本的芥川河畔辦公樓項(xiàng)目中使用擴(kuò)展ESO算法對(duì)該樓的西、南、北三個(gè)立面進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)。2005年，磯崎新和佐佐木睦郎使用BESO算法對(duì)卡塔爾國際會(huì)議中心長達(dá)250m的入口進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)。謝億民等與澳大利亞BKK建筑事務(wù)所使用BESO算法對(duì)澳大利亞某城際高速公路凈跨72m的步行橋進(jìn)行概念設(shè)計(jì)，同時(shí)還采用殼體單元優(yōu)化得到穿孔殼管設(shè)計(jì)，通過引入不同的周期性幾何約束調(diào)整出精彩各異的設(shè)計(jì)方案。2014年，Lauren等采用變密度法并考慮對(duì)稱約束與模式重復(fù)約束，實(shí)現(xiàn)超高層建筑的斜撐布局優(yōu)化。
3 結(jié)語
在建筑結(jié)構(gòu)的數(shù)字化設(shè)計(jì)與建造時(shí)代中，人類將告別傳統(tǒng)的梁板柱構(gòu)件拼裝體系，利用3D打印技術(shù)等數(shù)字化建造技術(shù)實(shí)現(xiàn)性能更優(yōu)更可控的材料柔性分布體系，使更多的靈感與創(chuàng)意成為真實(shí)。同時(shí)，以拓?fù)鋬?yōu)化方法為核心的建筑結(jié)構(gòu)數(shù)字化設(shè)計(jì)工具將極大地拓寬建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)空間，使結(jié)構(gòu)性能化設(shè)計(jì)與建筑美學(xué)設(shè)計(jì)進(jìn)一步融合。
參考文獻(xiàn)
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關(guān)鍵詞：建筑結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)；優(yōu)化設(shè)計(jì)；分析
1 建筑設(shè)計(jì)優(yōu)化的重要意義
使用合理的優(yōu)化方法，對(duì)建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，既能降低整個(gè)工程的造價(jià)，還能提升建筑的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，從而能夠有效提升建筑的經(jīng)濟(jì)效益。
1.1 使工程的造價(jià)降低
建筑工程結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)在會(huì)充分的考慮到現(xiàn)行階段的建筑行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)來進(jìn)行剖析，根據(jù)現(xiàn)行的建筑特點(diǎn)來進(jìn)行設(shè)計(jì)，如當(dāng)前的高層建筑和高層的住宅偏多，因此其層數(shù)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(duì)高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，為了節(jié)省用地，會(huì)將建筑物的房頂進(jìn)行細(xì)致的規(guī)劃，可以保證整個(gè)工程的總造價(jià)降低，節(jié)約成本。
1.2 能夠提高建筑結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)效益
建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)需要保證到建筑工程的經(jīng)濟(jì)效果，隨著建筑的層數(shù)的增加，高度也會(huì)增加，與其相關(guān)的墻體面積、柱體面積及配套的設(shè)施如管道等都會(huì)增加很多，層數(shù)比較少或者高度比較低時(shí)相應(yīng)的建筑就會(huì)節(jié)省一些這樣的荷載。同時(shí)，高度越高的建筑，相鄰之間的距離也會(huì)比較遠(yuǎn)，這樣不利于節(jié)省用地開支的目標(biāo)實(shí)現(xiàn)，如果讓建筑的總高度下降，那各建筑之間的距離也會(huì)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(huì)使得其周長不同，越規(guī)則的平面形狀其周長會(huì)小一些，并且能夠提高其荷載的性能，增強(qiáng)了建筑的質(zhì)量。優(yōu)化創(chuàng)新后的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相較于傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)，能夠有效降低建筑的總造價(jià)，能夠有效的提高建筑結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)效益。
2 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的具體內(nèi)容
建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的內(nèi)容可以分為目標(biāo)函數(shù)選擇、變量選擇、約束條件選擇三個(gè)步驟，每一個(gè)步驟都涉及到建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的一個(gè)方面的內(nèi)容。
2.1 目標(biāo)函數(shù)選擇
確定建筑結(jié)構(gòu)的目標(biāo)函數(shù)是建筑設(shè)計(jì)人員對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化創(chuàng)新設(shè)計(jì)時(shí)的第一步，通過采用相應(yīng)的技術(shù)與辦法，以建筑的面積的參數(shù)以及建筑可以達(dá)到的安全標(biāo)準(zhǔn)為前提，結(jié)合建筑建設(shè)所用的建筑材料等進(jìn)行系統(tǒng)的規(guī)劃和計(jì)算，要保證相關(guān)的參數(shù)在計(jì)算的過程中要滿足相關(guān)的需求。合理科學(xué)地選擇建筑的工程造價(jià)模式是建筑設(shè)計(jì)相關(guān)人員在建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)過程中必須要進(jìn)行的工作，要盡量優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在保證建筑質(zhì)量的前提下，降低工程的總體造價(jià)。
2.2 變量選擇
建筑工程的設(shè)計(jì)階段，除了對(duì)建筑工程優(yōu)化設(shè)計(jì)的目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行正確的選擇，還要對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的進(jìn)行變量選擇，變量的選擇對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)也是至關(guān)重要的。變量選擇，顧名思義就是對(duì)影響建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的各種會(huì)變化的因素進(jìn)行分析和選擇，并研究其中會(huì)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)造成的影響最大的一個(gè)因素，然后在實(shí)際的設(shè)計(jì)過程中，對(duì)其進(jìn)行評(píng)估計(jì)算以及控制其影響程度，以發(fā)揮建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法的作用。
2.3 約束條件選擇
建筑工程是一個(gè)復(fù)雜而又系統(tǒng)的工程，因此在實(shí)際的設(shè)計(jì)過程中，受許多約束條件所影響，在對(duì)建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，必須要考慮到建筑工程的約束條件、對(duì)約束條件的準(zhǔn)確判斷，能夠?qū)崿F(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的最大化。比如，在建筑設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員對(duì)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、尺寸、應(yīng)力等等因素所存在的約束條件進(jìn)行判斷選擇，要以建筑工程的實(shí)際情況作為出發(fā)點(diǎn)，進(jìn)行科學(xué)合理的選擇，使得建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化工作具有模范性和科學(xué)性，給建筑工程的施工打好基礎(chǔ)，提高整個(gè)工程項(xiàng)目的效率和經(jīng)濟(jì)效益。
3 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的具體措施
建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化方法，是由建筑結(jié)構(gòu)的整體設(shè)計(jì)優(yōu)化方法以及建筑結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法@兩個(gè)發(fā)面體現(xiàn)出來的。在建筑結(jié)構(gòu)整體的優(yōu)化設(shè)計(jì)中，要立足整體，全面的分析總體的數(shù)據(jù)，并相互協(xié)調(diào)，確保選出最優(yōu)的優(yōu)化方法。在細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中，要對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的各個(gè)方面進(jìn)行剖析，合理劃分為不同的部分，逐個(gè)解決相關(guān)的選型、布置、造價(jià)等幾個(gè)部分的優(yōu)化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)降低工程造價(jià)的目標(biāo)。
（1）拓?fù)鋬?yōu)化法。拓?fù)鋬?yōu)化法，就是通過在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化過程中，結(jié)合建筑自身的特點(diǎn)以及實(shí)際的用途和情況，正確找到理想化的建筑結(jié)構(gòu)分布形式，全面的分析建筑結(jié)構(gòu)的剛度和其他與結(jié)構(gòu)相關(guān)聯(lián)的屬性，來減少建筑結(jié)構(gòu)自身的重量，從而提升建筑的性能。設(shè)計(jì)人員要充分掌握以及了解拓?fù)浞治龇椒ǖ膬?yōu)點(diǎn)，合理運(yùn)用拓?fù)浞治龇椒ǎ沟迷O(shè)計(jì)出來的建筑結(jié)構(gòu)擁有很強(qiáng)的邏輯性。
（2）截面優(yōu)化法。截面結(jié)構(gòu)的可靠性以及安全性是建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)相關(guān)人員必須要考慮的一個(gè)重要方面。截面結(jié)構(gòu)作為建筑結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)所在，其性能是最能體現(xiàn)出建筑的整體性能的。在實(shí)際的設(shè)計(jì)過程中，為了保證截面結(jié)構(gòu)的的可靠性與安全性，設(shè)計(jì)人員要對(duì)建筑結(jié)構(gòu)中所涉及的界面進(jìn)行準(zhǔn)確的計(jì)算，然后再進(jìn)行設(shè)計(jì)，不僅可以提升建筑結(jié)構(gòu)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(jì)算設(shè)計(jì)變量的結(jié)構(gòu)位移情況以及應(yīng)力特點(diǎn)，然后用計(jì)算設(shè)備對(duì)獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)算和分析，得出結(jié)果后，根據(jù)其需求調(diào)整，確定調(diào)整的范圍，在此范圍中再進(jìn)行區(qū)域優(yōu)化設(shè)計(jì)。
（3）外形優(yōu)化法。外形優(yōu)化是在界面優(yōu)化的基礎(chǔ)上進(jìn)行完善的，以達(dá)到更好提升建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量的目的。在對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行外形優(yōu)化時(shí)，相關(guān)人員要對(duì)建筑的整體情況掌握得很清楚，再根據(jù)我國現(xiàn)行的建筑柱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，在掌握的建筑的情況的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)。建筑結(jié)構(gòu)的外形特征就是利用外形優(yōu)化法來進(jìn)行劃分的。外形優(yōu)化方法在實(shí)際的實(shí)施過程中，通常會(huì)采用連續(xù)性結(jié)構(gòu)與桿系結(jié)構(gòu)。建筑結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)選取是桿系結(jié)構(gòu)的重要環(huán)節(jié)，節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)在選取好后，要將其作為設(shè)計(jì)的一個(gè)變量，來實(shí)現(xiàn)建筑外形優(yōu)化設(shè)計(jì)的目標(biāo)及需求。
（4）細(xì)節(jié)部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與概念設(shè)計(jì)相結(jié)合。概念設(shè)計(jì)優(yōu)化方法，是在比較缺乏詳細(xì)的相關(guān)數(shù)據(jù)的情況下進(jìn)行的。某些因素是具有不確定性的，比如地震，在對(duì)建筑的抗震能力進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，由于缺乏詳細(xì)的數(shù)據(jù)，只能通過概念設(shè)計(jì)的優(yōu)化方法，將一些存在的數(shù)據(jù)當(dāng)作輔助來進(jìn)行。同時(shí)，通過結(jié)合上訴的一些結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法，使得優(yōu)化效果更佳。另外，在設(shè)計(jì)的過程中，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)部分進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)是必須要做的工作，如現(xiàn)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(gè)比較突出的問題，對(duì)此我們將其進(jìn)行簡化，然后再選擇鋼筋，這樣能有效的降低混凝土出現(xiàn)開裂現(xiàn)象的幾率，不僅提高了經(jīng)濟(jì)效益，最重要的是滿足了建筑結(jié)構(gòu)的基本需求。
（5）對(duì)地基結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。對(duì)建筑的地基進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)也是優(yōu)化整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)的有效方法。選擇合適的方案對(duì)于地基的結(jié)構(gòu)優(yōu)化來說很重要，例如，樁基類型的選擇，要以實(shí)際的施工情況為準(zhǔn)，并實(shí)現(xiàn)降低造價(jià)的目標(biāo)，然后以樁端持力層的厚度為參考，選擇科學(xué)合適的灌注樁長度，且對(duì)不同的優(yōu)化方案進(jìn)行集中對(duì)比，盡量使得選擇的方案是最佳的。再比如，樁筏基礎(chǔ)是某建筑結(jié)構(gòu)的原有設(shè)計(jì)方案，通過把該設(shè)計(jì)利用的樁筏基礎(chǔ)改為樁基礎(chǔ)的優(yōu)化方法，設(shè)置不同的承臺(tái)，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(chǔ)傳力的傳遞路勁越短會(huì)越省材料的原因。與樁筏基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方案相比，樁基礎(chǔ)是一個(gè)更好的選擇。
4 結(jié)束語
綜上所述，建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)能夠使得建筑質(zhì)量更好、更加美觀、降低工程造價(jià)以及提升建筑的經(jīng)濟(jì)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?yàn)槿藗儙砀邪踩Ｕ虾唾|(zhì)量保障的建筑物，因此其在建筑工程中是一個(gè)很重要的環(huán)節(jié)。但在建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)在實(shí)際的實(shí)施過程中，是比較復(fù)雜的，需要多方面的出發(fā)，充分結(jié)合實(shí)際的情況選擇科學(xué)合理的方案，以實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行最佳的優(yōu)化目標(biāo)。
參考文獻(xiàn)
[1]李貴江.建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化設(shè)計(jì)新方法探析[J].江西建材，2017（01）.
【關(guān)鍵詞】優(yōu)化；建筑結(jié)構(gòu)；工程設(shè)計(jì)
引言
隨著我國建筑行業(yè)的迅速發(fā)展，建筑工程的生產(chǎn)和建設(shè)成本支出也在不斷加大，相關(guān)的建筑企業(yè)只有不斷創(chuàng)新建筑結(jié)構(gòu)、優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)才能在建筑行業(yè)的競爭中利于不敗之地，優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)對(duì)于建筑行業(yè)的長遠(yuǎn)發(fā)展具有重要的意義。當(dāng)前中國經(jīng)濟(jì)發(fā)展人民生活水平有了很大提高，自然對(duì)于建筑工程有了更高的要求，特別是居住建筑、辦公建筑等與人民生活工作息息相關(guān)的建筑。傳統(tǒng)式的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)已經(jīng)逐漸適應(yīng)不了當(dāng)今時(shí)代的發(fā)展要求，無法滿足人們對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)工程的期待。對(duì)建筑結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化是建筑行業(yè)發(fā)展形式所趨，優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)工程能夠有效降低建筑工程的成本造價(jià)，保證建筑的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)，同時(shí)還能夠增強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)的安全性。
一、優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)的內(nèi)容
1、建筑物結(jié)構(gòu)周期折減系數(shù)。對(duì)于建筑物結(jié)構(gòu)的總體設(shè)計(jì)中，計(jì)算周期往往會(huì)較之實(shí)際周期要更長。由于施工的時(shí)候建筑墻體會(huì)存有填充性質(zhì)，因而在很多時(shí)候建筑結(jié)構(gòu)在實(shí)際表現(xiàn)上的建筑剛度會(huì)大于設(shè)計(jì)的效果，而如果對(duì)建筑物結(jié)構(gòu)剪力計(jì)算較小的話，這樣會(huì)降低建筑物結(jié)構(gòu)的安全性能，這時(shí)候要通過對(duì)建筑物結(jié)構(gòu)進(jìn)行周期性折減計(jì)算。
2、建筑物結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)的優(yōu)化。在很多建筑材料使用時(shí)都會(huì)用到混凝土，但是在混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中往往會(huì)缺乏對(duì)建筑物做耐久性設(shè)計(jì)，因而建筑物使用壽命達(dá)不到預(yù)期年限。因而建筑物的功能和技術(shù)要最優(yōu)先得到保證，不能單純追求經(jīng)濟(jì)效應(yīng)，要對(duì)建筑物的耐久性進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，讓建筑物結(jié)構(gòu)功能得到最大程度體現(xiàn)。
二、優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)的方式
建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要依靠建筑設(shè)計(jì)的要求，通過科學(xué)的設(shè)計(jì)理念和合理的理念方法，進(jìn)而選擇適合的建筑結(jié)構(gòu)形式和構(gòu)筑條件，需要對(duì)結(jié)構(gòu)和構(gòu)筑受力的充分把握，根據(jù)設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)和前期規(guī)劃對(duì)建筑結(jié)構(gòu)工程進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。
1、對(duì)建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的優(yōu)化。在建筑結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)上多設(shè)置幾道抗震的防護(hù)層。讓每一個(gè)抗震結(jié)構(gòu)體系都有完整的抗震整體性能，由具有延展性能良好的結(jié)構(gòu)構(gòu)件完成協(xié)同組合工作。由于自然災(zāi)害特別是地震發(fā)生的難預(yù)測(cè)性，對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)的抗震性要求則會(huì)更高。地震在很多時(shí)候還會(huì)伴隨有余震的發(fā)生，抗震結(jié)構(gòu)體系應(yīng)該有意識(shí)地建立和分布在內(nèi)外部的冗余部位，保證有耗能的構(gòu)建有較高的延展性和剛性，這樣建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)能有效吸收和分散地震能量，從而提高建筑物抗震性能。
在對(duì)建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)成要素的時(shí)候要注意強(qiáng)弱關(guān)系的影響，避免需要大強(qiáng)承載力的部位使用小件而造成的不平衡，在建筑設(shè)計(jì)中要注意性能配件的使用。同時(shí)，對(duì)于建筑工程設(shè)計(jì)中要根據(jù)實(shí)際需要和具體實(shí)際條件，有針對(duì)性地對(duì)結(jié)構(gòu)整體和結(jié)構(gòu)關(guān)鍵的部分要作為性能優(yōu)化設(shè)計(jì)的目標(biāo)進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)的優(yōu)化。
2、對(duì)建筑結(jié)構(gòu)靜力分析方法的優(yōu)化。建筑結(jié)構(gòu)的方法包含有很多種，一般而言建筑結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)變形和建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)力可以使用彈性方法，柱子和連梁的構(gòu)建要充分考慮塑形的變形，結(jié)構(gòu)計(jì)算模型要根據(jù)現(xiàn)實(shí)操作條件確定，模型分析要準(zhǔn)確反映出建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件的真實(shí)受力情況。建筑結(jié)構(gòu)的狀況分析，要選用平面結(jié)構(gòu)的協(xié)同、空間的桿系、空間的墻板等計(jì)算模型進(jìn)行建筑物構(gòu)造的整體進(jìn)行運(yùn)算，特別注意不符合桿系特點(diǎn)的構(gòu)件進(jìn)行輔助分析。
3、對(duì)建筑結(jié)構(gòu)平面的優(yōu)化。建筑結(jié)構(gòu)外在變現(xiàn)形式會(huì)有不規(guī)則的出現(xiàn)，這會(huì)影響建筑結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上沒有做到剛心、重心和質(zhì)心的同在一處，這樣在產(chǎn)生振動(dòng)的情況下會(huì)產(chǎn)生鋼結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)效應(yīng)。因而，在對(duì)建筑結(jié)構(gòu)工程進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的時(shí)候要盡量使得受力作用在同一建筑平面上能夠平衡均勻分布，減輕建筑結(jié)構(gòu)帶來的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)效應(yīng)。對(duì)于平面設(shè)計(jì)盡量形式簡單，使得不規(guī)則程度能夠得到合理范圍的控制。
第四、對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的材料使用優(yōu)化。建筑材料是建筑物構(gòu)建的最基本的要素，因而在對(duì)建筑物構(gòu)造進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化的過程當(dāng)中，要盡量選取合適的材料，增強(qiáng)建筑物的觀賞性，同時(shí)提高在使用建筑架構(gòu)材料的使用效率，降低建筑結(jié)構(gòu)的能源消耗，促進(jìn)建筑物構(gòu)造設(shè)計(jì)的生態(tài)環(huán)保。對(duì)建筑材料的節(jié)約和有效使用，根據(jù)建設(shè)的實(shí)際條件和要求，進(jìn)一步降低建筑物的建設(shè)生產(chǎn)成本，提高建筑物結(jié)構(gòu)構(gòu)建的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)。
三、結(jié)語
隨著我國建筑行業(yè)的迅速發(fā)展，建筑工程的生產(chǎn)和建設(shè)成本支出也在不斷加大，相關(guān)的建筑企業(yè)只有不斷創(chuàng)新建筑結(jié)構(gòu)、優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)才能在建筑行業(yè)的競爭中利于不敗之地，優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)對(duì)于建筑行業(yè)的長遠(yuǎn)發(fā)展具有重要的意義。綜上所述，建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化離不開整體全面的規(guī)劃，不斷提高建筑結(jié)構(gòu)的使用價(jià)值，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行功能多樣性改造，追求建筑結(jié)構(gòu)的整體效益，提升建筑工程的實(shí)效性，更好地滿足人們對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)的要求。
參考文獻(xiàn)
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關(guān)鍵詞:建筑結(jié)構(gòu)；優(yōu)化設(shè)計(jì)；分析
中圖分類號(hào)：TU318 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
引言
建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)就是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員對(duì)所要施工的建筑的表達(dá)。而建筑是人類物質(zhì)生存環(huán)境的重要載體。近年來，節(jié)能環(huán)保型社會(huì)建設(shè)理念的不斷深入人心，進(jìn)一步加劇了建筑的需求者與供應(yīng)者對(duì)建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的需要。建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，不但滿足了投資者控制建筑投資成本的目標(biāo)，而且更加符合使用者對(duì)建筑本體功能的需求，從而實(shí)現(xiàn)了社會(huì)整體經(jīng)濟(jì)效益的最大化。因此，建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，在市場經(jīng)濟(jì)下的節(jié)能環(huán)保型社會(huì)越來越成為可行。
1 建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的基本理論
結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)不應(yīng)僅僅在結(jié)構(gòu)本身,而是應(yīng)包括建筑的各方面,科學(xué)地確定建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)幾項(xiàng)基本原則并有效地按照這些基本原則去進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),是非常重要的。建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)主要體現(xiàn)在建筑工程的決策階段、設(shè)計(jì)階段、建設(shè)階段。在建筑工程的決策階段，確定結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)所要達(dá)到的總體目標(biāo)，滿足本體功能，最大程度保障安全性，縮減投資成本；在建筑工程的設(shè)計(jì)階段，確定每一個(gè)子系統(tǒng)及整體結(jié)構(gòu)的優(yōu)化布局；在建筑工程的建設(shè)階段，以結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)為建設(shè)原則，組織建設(shè)好每一個(gè)子系統(tǒng)從而實(shí)現(xiàn)整體結(jié)構(gòu)優(yōu)化布局。決策階段結(jié)構(gòu)優(yōu)化選擇是關(guān)鍵，設(shè)計(jì)階段結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)是核心，建設(shè)階段結(jié)構(gòu)優(yōu)化建設(shè)是基礎(chǔ)，3 個(gè)階段互相驗(yàn)證、互為補(bǔ)充、缺一不可。建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的基本要求:
（1）功能性
建筑是人類的基礎(chǔ)物質(zhì)生存環(huán)境，建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化的終極目標(biāo)就是為了滿足人類對(duì)物質(zhì)生存環(huán)境的最大化需求。對(duì)功能性的滿足也不再局限于傳統(tǒng)的實(shí)用，而是增添了舒適性、美觀性、協(xié)調(diào)性等多種新元素，滿足人類對(duì)基礎(chǔ)物質(zhì)生存環(huán)境的更高要求。
（2）安全性
建筑作為人類生存的基礎(chǔ)生存環(huán)境，與人類的生產(chǎn)、生活緊密相關(guān)，安全性成為建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的必然考慮因素。一味追求建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，忽略決策階段、設(shè)計(jì)階段、建設(shè)階段的安全性，其作為建筑不但沒有任何實(shí)際意義，反而會(huì)給人類正常生產(chǎn)和生活帶來致命的危害。因此，安全性是結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中的必然考慮因素。
（3）經(jīng)濟(jì)性
建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性是市場經(jīng)濟(jì)條件下對(duì)資源配置提出的新要求。經(jīng)濟(jì)性是指通過建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，最大化的節(jié)約各種材料資源，達(dá)到減少建設(shè)成本的目標(biāo)。另外，各種材料資源都存在一定的稀缺特性，建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)能科學(xué)合理的減少材料的使用量，節(jié)省建設(shè)材料使用成本。
（4）環(huán)保性
建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的環(huán)保性是繼經(jīng)濟(jì)性之后的一大更高要求，建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)過程通過材料選用品種的環(huán)保、整體布局的環(huán)保來體現(xiàn)可持續(xù)的發(fā)展理念。在建筑資源的材料選用方面，在保證建筑本體功能性、安全性的基礎(chǔ)上，最大可能的選擇節(jié)能環(huán)保型材料，同時(shí)，在結(jié)構(gòu)優(yōu)化的整體布局中，不僅強(qiáng)調(diào)建筑主體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的統(tǒng)一與環(huán)保，也包括建筑建設(shè)過程中廢舊材料的處理與應(yīng)用，更不能忽略建筑未來使用過程中對(duì)環(huán)境產(chǎn)生的重要影響。另外，材料選用的環(huán)保、整體布局的環(huán)保也是結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)過程中安全性的體現(xiàn)。
2 建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的策略、安全與經(jīng)濟(jì)
2.1結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中的材料選用
基于物理學(xué)與建筑學(xué)的基本原理，建筑結(jié)構(gòu)各個(gè)點(diǎn)、線、面都呈現(xiàn)出一定的力學(xué)承載力特征，而力學(xué)承載力本身的載體就是材料，通過各種材料的配置，加強(qiáng)構(gòu)件的強(qiáng)度、剛性與延展性，鋼筋混凝土材料的打造適應(yīng)了這一趨勢(shì)。工程實(shí)踐證明，鋼筋混凝土的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，梁柱是主要的承受載體，打造鋼筋混凝土梁柱能局部提高梁柱的抗壓力。因此，在工程建設(shè)實(shí)踐中，采用高標(biāo)號(hào)的鋼筋混凝土，可以減少梁柱等構(gòu)件的橫截面，減輕結(jié)構(gòu)本體的重量，同時(shí)也擴(kuò)大了使用空間；而梁板以受彎為特性，采用高強(qiáng)度鋼筋，能科學(xué)合理的減少鋼筋的使用量。另外，結(jié)構(gòu)建設(shè)者應(yīng)科學(xué)合理的匹配鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋與混凝土的投放比例，最大限度發(fā)揮鋼筋混凝土復(fù)合材料的復(fù)合特殊性能，所以在高層建筑結(jié)構(gòu)中，在結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換層、受力復(fù)雜的銜接點(diǎn)部位與大跨度結(jié)構(gòu)上，采用型鋼混凝土、預(yù)應(yīng)力混凝土是比較好的選擇，同時(shí)保證高層建筑功能性、安全性、經(jīng)濟(jì)性的最大化性能發(fā)揮。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與建設(shè)過程中，存在非常多的鋼筋混凝土現(xiàn)澆板中混凝土標(biāo)號(hào)過高的情況，一味追求高標(biāo)號(hào)混凝土是沒有任何意義的，高標(biāo)號(hào)的混凝土無法理想發(fā)揮其強(qiáng)度性能, 反而為抵抗高強(qiáng)混凝土較大的收縮變形和滿足最小配筋率要求,板中鋼筋的配筋量卻相繼增加, 直接導(dǎo)致鋼筋的使用量增加，間接影響工程投資成本的提高。
2.2 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中的構(gòu)件布置
建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中的構(gòu)件布置主要涉及梁、柱子、剪力墻的布置與設(shè)計(jì)。目前，高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)大多采用框架- 剪力墻結(jié)構(gòu)體系, 這種體系由鋼筋混凝土框架和鋼筋混凝土剪力墻2 部分組成,框架的梁柱為剛接,框架與剪力墻可為剛接,也可為鉸接。高層建筑體日趨復(fù)雜,各種不同功能的建筑用房綜合在一起,組成形態(tài)各異的高層建筑,給建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)增加了一定的難度。而框架- 剪力墻結(jié)構(gòu)體系具有靈活組成使用空間的優(yōu)點(diǎn), 比較容易滿足建筑物的使用要求, 而且框架- 剪力墻結(jié)構(gòu)體系有較高的承載力,較好的延伸性和整體性,并且具備很強(qiáng)的吸收地震力的能力, 從而大大減小了結(jié)構(gòu)本身的側(cè)移。因此，在建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的實(shí)踐過程中，在框架-剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,剪力墻剛度的確定除了必須滿足強(qiáng)度條件外, 還必須使結(jié)構(gòu)具有一定的側(cè)向剛度。基于此,剪力墻剛度的大小將直接影響到結(jié)構(gòu)的安全性及工程造價(jià)成本。另外，在框架- 剪力墻結(jié)構(gòu)初步設(shè)計(jì)階段,簡捷、準(zhǔn)確地確定框剪結(jié)構(gòu)中剪力墻最優(yōu)數(shù)量,即可避免重復(fù)、繁瑣的結(jié)構(gòu)剛度調(diào)整計(jì)算,還可以達(dá)到減少經(jīng)濟(jì)成本的目標(biāo)。
梁的選用與布置。常規(guī)梁經(jīng)濟(jì)性最好,但嚴(yán)重影響建筑層高，尤其是在目前土地資源有限的情況下，最終還是無法實(shí)現(xiàn)社會(huì)整體經(jīng)濟(jì)效益的最大化；寬扁梁能減少梁的截面高度,增加建筑物的凈高。在建筑物總高度限制的情況下,可以增加層數(shù),以獲得更多的建筑面積。但寬扁梁在經(jīng)濟(jì)指標(biāo)上與常規(guī)梁相比并不是最優(yōu),由于y 方向截面高度減小,使得縱向鋼筋的配筋率較高,同時(shí)撓度偏大。在跨度進(jìn)一步加大的情況下,也可采用預(yù)應(yīng)力梁,以滿足建筑物的特殊要求,但費(fèi)用較高。此外，高層建筑框架柱截面大小主要由軸壓比控制, 在上部軸力一定的情況下,可以通過加大柱截面、提高混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度、加大柱箍筋、采用鋼混凝土柱等不同方法來控制柱軸壓比，最大化程度保證功能性與安全性。
2.3 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中的整體布局
為實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)，建筑結(jié)構(gòu)決策者與設(shè)計(jì)者須從結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的全局觀念出發(fā)，利用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的點(diǎn)、線、面，確定建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的總體布局，處理好點(diǎn)、線、面之間的架構(gòu)關(guān)系，借助于材料的選用、構(gòu)件的布置，充分發(fā)揮單個(gè)構(gòu)件與整體結(jié)構(gòu)的配合與協(xié)調(diào)，使之能實(shí)現(xiàn)最佳受力狀況，既實(shí)現(xiàn)整體結(jié)構(gòu)良好的承重力、剛性與延展性，也實(shí)現(xiàn)單個(gè)構(gòu)件的最大化與最佳化利用，保證達(dá)到建筑設(shè)計(jì)的國家質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)建筑功能性、安全性與經(jīng)濟(jì)性的多重目標(biāo)。
關(guān)鍵詞：房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；優(yōu)化
中圖分類號(hào)：TB482.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：
Abstract: with the development of economy, improve the people's living standard, the building structure design of building structure in the design optimization is one of the effective ways of China's construction enterprises to achieve sustainable development. The paper discussed the optimization design of building structure design of building structure.
Keywords: building structure design; structure design; optimization
1.建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化概述
由于建筑工程所涉及到的內(nèi)容非常豐富，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化所包含的內(nèi)容頁比較豐富，從總體上來看，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化工作包括對(duì)房屋總體結(jié)構(gòu)和分部結(jié)構(gòu)優(yōu)化兩個(gè)大的內(nèi)容，其中，在房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的建主結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)主要包括以下幾個(gè)方面的具體內(nèi)容，第一，房屋基本結(jié)構(gòu)優(yōu)化內(nèi)容。第二，房屋頂部結(jié)構(gòu)的優(yōu)化。第三，房屋的維護(hù)結(jié)構(gòu)、總體結(jié)構(gòu)、細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)等內(nèi)容的優(yōu)化設(shè)計(jì)。第四，要以房屋建筑的基本功能要求和舒適性要求為基礎(chǔ)，對(duì)房屋建筑結(jié)構(gòu)的造價(jià)進(jìn)行控制，也就是要對(duì)“房屋的造價(jià)進(jìn)行最優(yōu)化設(shè)計(jì)”。
之所以對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化是因?yàn)閮?yōu)化設(shè)計(jì)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)有限的空間和資源進(jìn)行充分利用，提高各種設(shè)備和材料的使用效率，盡量使優(yōu)化結(jié)構(gòu)下所建筑的房屋能夠?qū)崿F(xiàn)安全、可靠、經(jīng)濟(jì)、美觀。相關(guān)研究統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)相比能夠節(jié)省5%～33%的工程造價(jià)，因此，在房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中要積極應(yīng)用建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)，以推動(dòng)建筑工程企業(yè)的常遠(yuǎn)發(fā)展，實(shí)現(xiàn)資源的充分利用。
2.常用的房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)
常用的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)有很多種，不同的優(yōu)化技術(shù)產(chǎn)生的實(shí)際建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)效果也是不同的，而由于各種優(yōu)化技術(shù)都具有自身的特征，對(duì)建筑工程的要求也不同，因此，在與房屋建筑結(jié)構(gòu)相結(jié)合時(shí)就需要對(duì)房屋建筑工程的實(shí)際狀況進(jìn)行分析，而基本優(yōu)化技術(shù)的應(yīng)用分為以下兩種。
2.1概念設(shè)計(jì)在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用
概念設(shè)計(jì)技術(shù)指的是“設(shè)計(jì)人員根據(jù)設(shè)計(jì)的一般規(guī)律和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的多種方案進(jìn)行分析并優(yōu)化選擇方案的過程”。概念設(shè)計(jì)技術(shù)在房屋結(jié)構(gòu)中主要應(yīng)用在房屋結(jié)構(gòu)布置、房屋結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)處理、荷載量的確定、參數(shù)選擇等部分的設(shè)計(jì)中，在進(jìn)行概念設(shè)計(jì)過程中設(shè)計(jì)人員要對(duì)房屋施工方案進(jìn)行綜合分析，從中選擇出最佳的施工方案。
2.2概念設(shè)計(jì)在建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用
概念設(shè)計(jì)在房屋的建筑設(shè)計(jì)中進(jìn)行應(yīng)用主要目的在于提高房屋的抗震能力，應(yīng)用在房屋的抗震性設(shè)計(jì)當(dāng)中，如果房屋抗震性能差，在發(fā)生地震時(shí)則會(huì)造成重大的損失，因此，房屋建筑設(shè)計(jì)中的抗震優(yōu)化設(shè)計(jì)就顯得尤為重要。然而發(fā)生地震的隨意性是非常大的，不同地區(qū)的地震等級(jí)、破壞能力等都是不同的，這就給房屋建筑設(shè)計(jì)中的抗震設(shè)計(jì)提出了更高的要求，相關(guān)數(shù)據(jù)的計(jì)算難度也非常大。概念設(shè)計(jì)是“綜合考慮決定抗震性能的各種因素和造價(jià)因素，選擇抗震性和經(jīng)濟(jì)性最強(qiáng)的方案。”因此，在房屋建筑設(shè)計(jì)中的概念設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)的應(yīng)用能夠大大提高房屋建筑的抗震能力。概念設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中所應(yīng)用的主要思想是“小震不壞、中震可修、大震不倒”，其實(shí)這種思想也是多途徑設(shè)防的思想，多途徑設(shè)防思想是指“在發(fā)生大地震時(shí)，先破壞房屋次要的結(jié)構(gòu)，消耗地震能量，盡量保證房屋的主體結(jié)構(gòu)不遭到破壞。”
3.房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化策略
房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化策略是需要從不同的角度和方向來進(jìn)行的，比如可以從節(jié)能環(huán)保角度進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)、從信息化自動(dòng)化角度進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)等等，具體而言房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化策略大致有以下幾點(diǎn)。
3.1優(yōu)化選擇房屋建筑結(jié)構(gòu)類型
不同的形式的房屋建筑結(jié)構(gòu)類型是會(huì)產(chǎn)生不同的造價(jià)管理模式的，而在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中常用的結(jié)構(gòu)類型有如下幾種，第一，剪力墻結(jié)構(gòu)類型。該類型主要應(yīng)用于高層房屋建筑中，所依托的基礎(chǔ)為混凝土結(jié)構(gòu)施工技術(shù)，該種優(yōu)化結(jié)構(gòu)類型同“短肢剪力墻”結(jié)構(gòu)類型相比就有抗震性能強(qiáng)、鋼筋材料使用數(shù)量較少等特征。第二，框架結(jié)構(gòu)類型。這種類型主要優(yōu)點(diǎn)在于開間大、靈活布局、造價(jià)較低等優(yōu)點(diǎn)，但是該結(jié)構(gòu)類型也具有一定的缺點(diǎn)，柱的截面面積比較大，抗震能力相對(duì)較薄弱。第三，“框架—剪力墻”結(jié)構(gòu)類型。這種類型的結(jié)構(gòu)是對(duì)剪力墻和框架兩種結(jié)構(gòu)的優(yōu)化組合，其能夠綜合以上兩種結(jié)構(gòu)類型的優(yōu)點(diǎn)，結(jié)構(gòu)布置比較合理，實(shí)際應(yīng)用能力也比較強(qiáng)，該結(jié)構(gòu)的最突出特點(diǎn)就是抗側(cè)力能力比較強(qiáng)。
綜上所述的三種房屋結(jié)構(gòu)類型，無論是哪種都會(huì)有優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)類型選擇過程中一定要從建筑質(zhì)量和建筑成本兩個(gè)角度出發(fā)優(yōu)化選擇，對(duì)于建筑質(zhì)量一定要符合業(yè)主和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求，而對(duì)于建筑成本控制來說，要對(duì)房屋建筑工程的投資水平和施工單位的實(shí)際施工能力等進(jìn)行分析和選擇，最好是實(shí)現(xiàn)利益均衡。
3.2積極應(yīng)用信息優(yōu)化技術(shù)
在房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的變量比較多，房屋建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化造成了一定的障礙，因此考慮到房屋建筑結(jié)構(gòu)中存在的各種復(fù)雜因素，在優(yōu)化設(shè)計(jì)中就應(yīng)該積極應(yīng)用先進(jìn)的信息技術(shù)，比如應(yīng)用一些參數(shù)定義軟件，這樣就能夠有效的減少房屋建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)者的工作量，提高工作質(zhì)量和工作效率。
3.3節(jié)能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化
節(jié)能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化是需要以綠色建筑理念為基礎(chǔ)，并積極應(yīng)用設(shè)計(jì)學(xué)中的方法。首先，優(yōu)化布局和表面形狀。布局就是指建筑的主要朝向，受到我國氣候條件的影響，為了保證房屋的陽光照射量的通風(fēng)良好，房屋的朝向盡量要朝南。表面形狀的優(yōu)化就是要保證所設(shè)計(jì)的房屋建筑外表面積不要接受冷風(fēng)的直接朝向，這樣就能夠減少熱能的消耗，起到節(jié)能效果。其次，維護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。維護(hù)結(jié)構(gòu)主要指的就是門窗和屋頂，對(duì)于門窗而言，在房屋朝南的方向所設(shè)置的門窗要盡量要大和多，這樣能夠最大限度吸收陽光輻射，朝向北的就要減少門窗，防止熱量的流失，材料也要選擇保溫效果好的。屋頂?shù)脑O(shè)計(jì)可以采用架空的方式或者是鋪設(shè)循環(huán)水管，夏天降溫冬天保暖。
4.結(jié)語
從以上的分析中我們看到了房屋建筑中結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化是需要綜合進(jìn)行的，雖然本文簡單的提出了三點(diǎn)優(yōu)化策略，但是在實(shí)際應(yīng)用中，不同的房屋建筑工程特征所要求的優(yōu)化方式也是不同的，還需要設(shè)計(jì)人員在優(yōu)化設(shè)計(jì)之前對(duì)房屋建筑工程實(shí)際狀況進(jìn)行深入了解。
參考文獻(xiàn)
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關(guān)鍵詞:房屋建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)；具體應(yīng)用
中圖分類號(hào)： TU318 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A
前言：在現(xiàn)代建筑工程施工中，其整體造價(jià)的很大一部分就是建筑的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，在實(shí)際的施工過程中，如果我們能夠科學(xué)應(yīng)用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)，產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益就十分的可觀。所以，在房屋建筑工程的具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，我們的設(shè)計(jì)人員和施工人員就應(yīng)該嚴(yán)格貫徹落實(shí)經(jīng)濟(jì)適用性原則，科學(xué)合理的進(jìn)行設(shè)計(jì)，利用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，合理選擇房屋建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，只有這樣，房屋建筑工程的造價(jià)成本才能降下來，使經(jīng)濟(jì)效益得到最大化。
一、房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)用優(yōu)化技術(shù)的基本內(nèi)容
在房屋結(jié)構(gòu)的初期設(shè)計(jì)中就有意識(shí)的采用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)，不僅達(dá)到了房子實(shí)用、美觀的效果，而且還能在很大程度上節(jié)約建設(shè)成本，實(shí)現(xiàn)了“物美價(jià)廉”的期望。所有的建筑商都期待能夠在保證建筑結(jié)構(gòu)長期有效的基礎(chǔ)上，最大可能地提高建筑結(jié)構(gòu)的安全性和可靠性，同時(shí)也能最大限度地減少建筑工程的投資成本，這樣才能更好的實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)價(jià)值。另外，它能夠?yàn)榻ㄖ恼w設(shè)計(jì)方案進(jìn)行科學(xué)的決策，完美地實(shí)現(xiàn)了適用、經(jīng)濟(jì)和安全的設(shè)計(jì)目標(biāo)。
對(duì)建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)的內(nèi)容進(jìn)行了解，是應(yīng)用優(yōu)化技術(shù)的基本前提。其主要內(nèi)容包括：在滿足了設(shè)計(jì)需求的前提下，應(yīng)該考慮到在房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中會(huì)遇到的各種各樣問題，并且在選擇經(jīng)濟(jì)最合理的情況下，進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的工作，這也就是進(jìn)行對(duì)房屋建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的一個(gè)過程。一般來說，包括比如說像依據(jù)清遠(yuǎn)市獨(dú)特的地理位置或者地形地貌，對(duì)其建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行選型以及構(gòu)建的布置等內(nèi)容。一般來說包括兩個(gè)部分的內(nèi)容：其一就是以房屋建筑整體結(jié)構(gòu)為設(shè)計(jì)對(duì)象進(jìn)行的優(yōu)化、設(shè)計(jì)工作；其二就是以房屋建筑的分布結(jié)構(gòu)作為對(duì)象進(jìn)行的優(yōu)化、設(shè)計(jì)工作。
二、房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與經(jīng)濟(jì)之間的關(guān)系
1、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與建筑設(shè)備關(guān)系
在進(jìn)行對(duì)房屋建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，必然會(huì)使用到像給排水管道或者電氣設(shè)備等材料。而房屋建筑結(jié)構(gòu)的層數(shù)也直接決定著建筑設(shè)備的投入成本大小，因?yàn)榉课萁ㄖ膶訑?shù)越高，需要的給排水管道量就愈大，像一些電氣設(shè)備的使用量也會(huì)增加，這樣也會(huì)在一定程度上增加房屋建筑使用設(shè)備的成本投入。
2、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的層數(shù)與用地面積關(guān)系
一般來說，可能從表面上來看，像一些高層或者多層的建筑隨著層數(shù)的增加，所使用的總占地面積就越少。實(shí)質(zhì)上這樣的想法是錯(cuò)誤的，因?yàn)殡S著建筑物層數(shù)的增加，建筑物的高度增加，這樣也會(huì)在一定程度上拉大兩幢建筑物之間的距離，反而會(huì)增加建筑物所使用的總土地面積。因此，房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的層數(shù)與使用的土地面積之間沒有非常必然的聯(lián)系，出于對(duì)建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的考慮，也是要對(duì)兩者之間進(jìn)行協(xié)調(diào)的。
3、結(jié)構(gòu)的分部部分與建筑層數(shù)關(guān)系
對(duì)于多層或者是高層的建筑物來說，都是共同使用屋蓋的部分，因此，對(duì)于屋蓋部分的設(shè)計(jì)成本自然也會(huì)隨著建筑物層數(shù)的增多而降低。但是對(duì)于基礎(chǔ)部分則不盡相同，因?yàn)殡S著建筑物層數(shù)的增多，上層部分對(duì)基礎(chǔ)部分施加的荷載也會(huì)增加。所以，為了確保房屋建筑結(jié)構(gòu)的可靠性，對(duì)于其基礎(chǔ)部分必須要增加對(duì)荷載力的設(shè)計(jì)，因此，這也會(huì)影響到基礎(chǔ)部分的設(shè)計(jì)成本會(huì)隨著建筑物層數(shù)的增加而增多。同樣，這樣的情形還適用于對(duì)于其它一些分部的部分，比如說進(jìn)行承重的墻、梁、柱等等，所以，隨著房屋建筑層數(shù)的增多，想要確保房屋建筑的安全性能，對(duì)這些構(gòu)件的荷載力也要采取有效措施。也可以說，房屋建筑內(nèi)部不同的分布部分，與層數(shù)之間的成本影響也是各不相同的。
三、房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的優(yōu)化技術(shù)應(yīng)用
1、加強(qiáng)對(duì)于概念設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)的重視
一般對(duì)于房屋建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來說，其布置方案具有多樣性的特點(diǎn)，也就是說，對(duì)于同一個(gè)建筑方案，是可以選擇不同的結(jié)構(gòu)布置方案的，而且加上分析方法也具有多樣性，所以在對(duì)建筑物的布置方案進(jìn)行確定后，在考慮承受力相同的情況下也可以選擇不同的分析方法。除此之外，進(jìn)行對(duì)房屋建筑的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，依據(jù)的指標(biāo)、使用的建筑材料等都不是唯一的。而且對(duì)于以上這些問題來說，是無法依據(jù)計(jì)算機(jī)或者相關(guān)軟件得到確定答案，因此，對(duì)于這部分問題的處理，就必須要依靠設(shè)計(jì)人員來進(jìn)行判定。
不同的設(shè)計(jì)人員自然會(huì)有不同的處理意見。所以在進(jìn)行一些優(yōu)化設(shè)計(jì)問題的處理時(shí)，應(yīng)該選擇具有豐富經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)人員。越是經(jīng)驗(yàn)豐富的人員，其方案的選擇就愈靈活，而且做出的判斷也愈合理。這也是我們所說的，進(jìn)行概念設(shè)計(jì)優(yōu)化的過程。因此，想要實(shí)現(xiàn)對(duì)房屋建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，就必須要加強(qiáng)對(duì)相關(guān)設(shè)計(jì)人員豐富的經(jīng)驗(yàn)積累，這樣才能實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)優(yōu)化。
2、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中優(yōu)化技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用
對(duì)房屋建筑進(jìn)行結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)根本目的就是為了實(shí)現(xiàn)建筑物的經(jīng)濟(jì)、美觀價(jià)值，并且在節(jié)約資金的同時(shí)確保其使用性能與可靠性。因此，對(duì)于一些建筑物面臨的外部環(huán)境進(jìn)行分析也成為了優(yōu)化設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容。在這其中，地震屬于比較特殊的復(fù)雜環(huán)境。因?yàn)閷?duì)于地震來說，一般無法確定其發(fā)生的時(shí)間、地點(diǎn)或者作用大小等等，發(fā)生的沒有規(guī)律性，所以對(duì)建筑物的破壞程度也比較大。因此在進(jìn)行對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該充分考慮到地震的作用力，減少由于地震發(fā)生帶來對(duì)建筑物的破壞程度。采取一些有效的抗震設(shè)計(jì)方案，遵循建筑物的延性設(shè)計(jì)理念，提高建筑物的抗震性能。
3、如何解決房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的實(shí)際復(fù)雜問題
房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)最主要的目的在于實(shí)現(xiàn)房屋建筑本身的安全性以及功能性，當(dāng)然對(duì)于建筑物的耐久性要求也是一項(xiàng)非常重要的指標(biāo)。能夠在所設(shè)計(jì)的規(guī)定年限內(nèi)實(shí)現(xiàn)建筑物的各種功能需求，并且能夠最大限度減少建設(shè)成本是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化目的。使用概念化設(shè)計(jì)技術(shù)就是指通過房屋建筑物的結(jié)構(gòu)優(yōu)化實(shí)現(xiàn)建筑物抵抗外部作用因素的能力提高，在一些外部因素的綜合作用下，建筑物的使用功能以及耐久性都不會(huì)受到相應(yīng)的影響。因此，進(jìn)行建筑物在復(fù)雜應(yīng)力環(huán)境下的最優(yōu)化設(shè)計(jì)是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的最主要內(nèi)容。其中外部因素作用中，地震作用較為特殊，因?yàn)榈卣鸷奢d作用的時(shí)間、地點(diǎn)以及強(qiáng)度都無法準(zhǔn)確預(yù)測(cè)，地震活動(dòng)沒有任何規(guī)律性。一旦發(fā)生能量等級(jí)高的地震作用時(shí)，建筑物的破壞可能是毀滅性的。因此，房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)對(duì)于地震荷載作用進(jìn)行充分考慮，盡可能減小地震作用對(duì)于房屋建筑的損毀程度。目前對(duì)于建筑物的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)，有著一些比較有效的設(shè)計(jì)方案。通常情況下，結(jié)構(gòu)對(duì)稱的建筑物其荷載承受處于均勻狀態(tài)，建筑物的延性較大，結(jié)構(gòu)的危險(xiǎn)截面比較少，因此對(duì)于抗震性能也有著明顯的效果。對(duì)強(qiáng)能量級(jí)別的地震作用，首先發(fā)生破壞的是一些次要構(gòu)件，這樣可以有效保證主要構(gòu)件的穩(wěn)定性，使得建筑結(jié)構(gòu)不至于失穩(wěn)。這種設(shè)計(jì)理念稱之為多道設(shè)防思想，通過次要構(gòu)件來保護(hù)主要構(gòu)件，通過主要構(gòu)件來保證建筑物本身的安全。
四、房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)用優(yōu)化技術(shù)時(shí)的注意事項(xiàng)
1、注意前期的參與
對(duì)房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的前期方案的確立，會(huì)直接影響到最終房屋建筑的總成本投入，而且一般存在著房屋建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)并沒有參與到前期方案中，使優(yōu)化設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行對(duì)房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的時(shí)候沒有注重其合理性，這樣就會(huì)直接導(dǎo)致后期結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)不合理，增加設(shè)計(jì)難度，增多建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成本。所以，設(shè)計(jì)人員應(yīng)將房屋建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)參與到前期方案確定中，選擇合理的設(shè)計(jì)方案，起到節(jié)約成本的根本作用。
2、注重各個(gè)環(huán)節(jié)的優(yōu)化
除了要注重對(duì)房屋建筑整體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，也應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)其基本構(gòu)成的精細(xì)設(shè)計(jì)，這樣才能從細(xì)節(jié)之處出發(fā)，達(dá)成完整的優(yōu)化。比如說盡量對(duì)矩形板塊的現(xiàn)澆板進(jìn)行劃分設(shè)計(jì)，使每個(gè)現(xiàn)澆板受到合理的負(fù)載，防止出現(xiàn)拐角裂縫的現(xiàn)象。另外，隨著結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)理論與計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷整合與發(fā)展，在進(jìn)行房屋建筑結(jié)構(gòu)的整體優(yōu)化設(shè)計(jì)中，其已經(jīng)從實(shí)踐的問題轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)數(shù)學(xué)問題。所以，相關(guān)設(shè)計(jì)人員也應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)基于計(jì)算機(jī)技術(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)分析。
3、正確理解、應(yīng)用規(guī)范設(shè)計(jì)
正確理解運(yùn)用規(guī)范。規(guī)范是我們?cè)谠O(shè)計(jì)中必須遵循的“最低”標(biāo)準(zhǔn)，是對(duì)國家的技術(shù)經(jīng)濟(jì)政策、科技水平和工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的一個(gè)系統(tǒng)性總結(jié)。我們應(yīng)該全面理解《規(guī)范》條文的涵義、特點(diǎn)、適用范圍、應(yīng)用條件等等各個(gè)方面，只有這樣才能正確的運(yùn)用好《規(guī)范》，為房建建筑工程建設(shè)服好務(wù)。作為一名房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師，首先要深入理解規(guī)范條文的真正含義，其次還要客觀地分析應(yīng)用好《規(guī)范》條文。在《規(guī)范》條文的正確之印象，針對(duì)具體的設(shè)計(jì)方案、使用條件、環(huán)境，以工程的安全性及經(jīng)濟(jì)性為目的，創(chuàng)造性地選用規(guī)范中的數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)出更好的更上層次的建筑物。
五、結(jié)束語
總而言之，在房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)用優(yōu)化技術(shù)，不僅可以切實(shí)提高建筑物的實(shí)用功能，實(shí)現(xiàn)其美觀與經(jīng)濟(jì)角質(zhì)，而且還能確保其可靠性與耐用性，所以，無論是針對(duì)廣東省清遠(yuǎn)市的房屋建筑還是其他地區(qū)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員來說，都應(yīng)該在進(jìn)行對(duì)房屋建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，充分應(yīng)用優(yōu)化技術(shù)，選擇合理的設(shè)計(jì)方案，降低房屋建筑的投入成本，只有這樣才能推進(jìn)房屋建筑工程的持續(xù)健康發(fā)展，進(jìn)一步促進(jìn)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速發(fā)展。
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【關(guān)鍵詞】 建筑結(jié)構(gòu)；優(yōu)化設(shè)計(jì)；意義
一、房屋建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法的重要性
如今，隨著城市化進(jìn)程的不斷加快，城市建筑土地資源越來越緊缺，因此高層或超高層住房將成為城市住宅的發(fā)展方向，相較于傳統(tǒng)的建筑模式，高層建筑等新型建筑的建設(shè)具有更大的難度，這就要求相關(guān)的施工建設(shè)人員應(yīng)該重視房屋結(jié)構(gòu)優(yōu)化問題，在減少資金投入的同時(shí)，進(jìn)行細(xì)致的建筑設(shè)計(jì)方案規(guī)劃，運(yùn)用新技術(shù)和新理念，建設(shè)出既安全又經(jīng)濟(jì)的建筑。不過，在實(shí)際的施工建設(shè)過程中，優(yōu)化設(shè)計(jì)的實(shí)施往往不是一帆風(fēng)順的，可能因?yàn)槎喾矫娴南拗贫y以進(jìn)行。首先，很多施工單位都會(huì)因?yàn)橼s工程進(jìn)度，而不顧施工質(zhì)量，對(duì)于房屋設(shè)計(jì)的缺陷不予及時(shí)的優(yōu)化處理，而對(duì)最后的建筑質(zhì)量造成影響。其次，還有一些施工建設(shè)人員自身經(jīng)驗(yàn)不足、專業(yè)素質(zhì)不高，無法進(jìn)行建筑設(shè)計(jì)優(yōu)化。最后，還因?yàn)橐恍┦┕そㄔO(shè)人員和設(shè)計(jì)人員只注重建筑的部分建設(shè)，而忽視建筑的整體設(shè)計(jì)，不能準(zhǔn)確的制定工程預(yù)案，影響建筑整體的造價(jià)。對(duì)建筑的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化能夠合理的規(guī)劃建筑設(shè)計(jì)，減少工程資金投入，房屋結(jié)構(gòu)各個(gè)方面整合起來，保證建筑質(zhì)量，為人們提供經(jīng)濟(jì)安全的住房。
二、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)遵循的原則
（1）使不規(guī)則建筑平面布置產(chǎn)生規(guī)則結(jié)構(gòu)效應(yīng)的原則。在建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的過程中，需要根據(jù)不同功能的需求，通過對(duì)調(diào)節(jié)墻柱的布局和墻肢長短，使建筑結(jié)構(gòu)達(dá)到經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)和安全使用的目標(biāo)。
（2）提高建筑居住舒適度的原則。建筑居住的舒適度是建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)和落腳點(diǎn)。為提高建筑居住舒適度應(yīng)該從建筑結(jié)構(gòu)、裝飾裝修、電氣安裝等各方面進(jìn)行整體優(yōu)化設(shè)計(jì)。
（3）針對(duì)不同構(gòu)件采用不同安全系數(shù)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的原則。如果為了確保建筑的整體安全性而不分構(gòu)件的實(shí)際承載能力，對(duì)所有構(gòu)件均給予相同的安全系數(shù)，這樣反而會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的不合理。可以根據(jù)建筑不同部位的承載能力設(shè)計(jì)其需要的安全系數(shù)，達(dá)到整體優(yōu)化的目標(biāo)。
（4）降低建筑結(jié)構(gòu)造價(jià)的原則。在保證建筑結(jié)構(gòu)整體性能達(dá)到指標(biāo)的前提下，盡量考慮建筑的經(jīng)濟(jì)性。
三、加強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法
1.確定結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方案
對(duì)于房屋建筑而言，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化方案，主要是指結(jié)構(gòu)的布局以及細(xì)部的優(yōu)化。結(jié)構(gòu)布局的合理性直接影響著房屋結(jié)構(gòu)的造價(jià)，因此要求其結(jié)構(gòu)盡量簡單，傳力直接，避免多次傳力的情況。而細(xì)部優(yōu)化是一個(gè)較為廣泛的概念，包含的內(nèi)容相對(duì)較多，根據(jù)其對(duì)于房屋結(jié)構(gòu)的影響程度分析，最為關(guān)鍵的部分，是對(duì)構(gòu)件截面的合理選擇。
2.滿應(yīng)力準(zhǔn)則法
滿應(yīng)力準(zhǔn)則法是以滿應(yīng)力為準(zhǔn)則，本算法為了使結(jié)構(gòu)的材料得到充分的利用，充分考慮各構(gòu)件在最少一種工況及最不利應(yīng)力的情況下達(dá)到材料的容許應(yīng)力的大小，因此發(fā)揮各構(gòu)件的最大使用限度。滿應(yīng)力準(zhǔn)則法包括應(yīng)力比法、齒行法及能量準(zhǔn)則法三種方法，其中，應(yīng)力比法是最基本最簡單的迭代方法。齒行法是對(duì)應(yīng)力比法的一種改進(jìn)，主要體現(xiàn)在迭代的方法的優(yōu)化，在迭代過程中使每次的迭代點(diǎn)控制在主約束曲面上。通過合理的調(diào)整迭代點(diǎn)，使優(yōu)化目標(biāo)不斷接近。能量準(zhǔn)則法是以應(yīng)變能作為準(zhǔn)則，以盡量減少結(jié)構(gòu)使用材料為目的。
3. 保證設(shè)計(jì)優(yōu)化的可靠度
對(duì)于房屋的結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)優(yōu)化來說，必須確保結(jié)構(gòu)的可靠度，來對(duì)優(yōu)化設(shè)計(jì)相關(guān)的約束條件進(jìn)行相應(yīng)的確定，設(shè)計(jì)優(yōu)化的約束條件主要包括裂縫寬度約束、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度約束、尺寸約束、構(gòu)件單元約束、應(yīng)力約束、結(jié)構(gòu)體系約束、從可靠指標(biāo)約束到確定性約束條件以及從正常使用極限狀態(tài)下的彈性約束到最終極限狀態(tài)的彈塑性約束等約束條件。在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的時(shí)候，確保每個(gè)約束條件都必須滿足相關(guān)要求，以實(shí)現(xiàn)最佳的設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)過程中必須對(duì)細(xì)部的結(jié)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)計(jì)優(yōu)化，例如，在現(xiàn)澆的混凝土異形的板料，其拐彎處容易開裂，我們可以簡化成矩形板，然后再合理的選擇鋼筋，在滿足其結(jié)構(gòu)的基本要求條件下，達(dá)到既安全又經(jīng)濟(jì)的目的。
4. 4智能優(yōu)化準(zhǔn)則
智能優(yōu)化準(zhǔn)則法主要體現(xiàn)在隨著算法發(fā)展越來越智能化，智能運(yùn)算在結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中應(yīng)用也越來越廣泛。其中，遺傳算法和模擬退算法在建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中得到廣泛應(yīng)用。遺傳算法的特點(diǎn)在于不依賴于具體問題，運(yùn)用達(dá)爾文的進(jìn)化論的基本原理，處理工程中的離散變量優(yōu)化問題。模擬退火算法在隨機(jī)搜索上不僅引入了適當(dāng)?shù)碾S機(jī)因素，而且可以考慮影響目標(biāo)函數(shù)值的優(yōu)劣因素。
5. 材料優(yōu)化設(shè)計(jì)
建筑結(jié)構(gòu)在材料方面的優(yōu)化就是使建筑材料最充分的利用，對(duì)材料的選擇很關(guān)鍵，選擇合適的材料既能夠滿足使用的功能，又能提高房屋建筑質(zhì)量，當(dāng)然還能最大化地降低成本，節(jié)省更多資源。所以要求在材料采購選擇時(shí)一定要對(duì)所需的材料性質(zhì)、各項(xiàng)質(zhì)量指標(biāo)熟悉了解，購買時(shí)本著經(jīng)濟(jì)實(shí)用的原則。材料也要方便施工，保證施工安全易操作。鋼筋是建筑時(shí)最重要的材料之一，在選擇時(shí)大部分的設(shè)計(jì)人員都會(huì)強(qiáng)化著眼于鋼筋的配置計(jì)算上，很容易忽視鋼筋的種類。現(xiàn)在市場中鋼筋的種類很多，所以好的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案應(yīng)該是在滿足設(shè)計(jì)承載力要求的前提下，選擇適合的鋼筋種類和數(shù)量，這樣就能很大程度上降低資金投入。
參考文獻(xiàn)
[1]楊宏剛.有關(guān)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化設(shè)計(jì)的分析[J].企業(yè)導(dǎo)報(bào)，2013（23）.
【關(guān)鍵詞】結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；結(jié)構(gòu)優(yōu)化；結(jié)構(gòu)類型
0引言
建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化，即在一些建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案中選取最優(yōu)的或最適宜的設(shè)計(jì)方案，它參照數(shù)學(xué)中的模型最優(yōu)化原理應(yīng)用到建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化比選中。研究發(fā)現(xiàn)，建筑結(jié)構(gòu)在使用過程中是否穩(wěn)定、耐久、合理等，主要決定于在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)選定的結(jié)構(gòu)類型是否最優(yōu)、是否最符合工程結(jié)構(gòu)的需要。對(duì)于同一座建筑工程項(xiàng)目，不同的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師知識(shí)儲(chǔ)備不同，因此可能會(huì)設(shè)計(jì)出不同的結(jié)構(gòu)類型、結(jié)構(gòu)體系，但經(jīng)過結(jié)構(gòu)方案的優(yōu)化、從而選取最優(yōu)化的結(jié)構(gòu)類型，提高建筑結(jié)構(gòu)的使用壽命、穩(wěn)定性能。
1建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化的主要因素
1.1荷載設(shè)計(jì)
研究發(fā)現(xiàn)，任何一座建筑結(jié)構(gòu)都需要受到水平力和豎向荷載的作用，同時(shí)建筑還要承受較大的風(fēng)荷載、地震力的作用等。當(dāng)建筑結(jié)構(gòu)的整體高度比較低時(shí)，由結(jié)構(gòu)本身的重力引起的豎向荷載對(duì)結(jié)構(gòu)的作用比較明顯，而水平荷載作用在結(jié)構(gòu)上，產(chǎn)生的內(nèi)力和位移比較小，往往在計(jì)算時(shí)不考慮水平荷載的作用；若在較高層建筑設(shè)計(jì)中，雖然所受到的豎向荷載仍對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大程度的影響，但水平荷載對(duì)建筑結(jié)構(gòu)本身的影響比豎向荷載產(chǎn)生的影響更加強(qiáng)烈。研究表明，隨著建筑結(jié)構(gòu)整體高度的逐漸增加，水平荷載對(duì)建筑結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的影響越將會(huì)越來越大，因此，在建筑結(jié)構(gòu)高度較高時(shí)，結(jié)構(gòu)所承受的水平荷載對(duì)結(jié)構(gòu)的影響則不可忽視。
1.2選取結(jié)構(gòu)類型較輕的
在建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化過程中，要盡量選取結(jié)構(gòu)體較輕的。在現(xiàn)代結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員越來越重視選用輕質(zhì)高強(qiáng)材料，從而做大程度上減輕整體結(jié)構(gòu)的自重。由于在多層建筑結(jié)構(gòu)中，水平荷載對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的影響處于較次要地位，結(jié)構(gòu)所承受的主要荷載是豎向荷載。由于多層建筑樓層較少，整體高度相對(duì)比較低，結(jié)構(gòu)自重相對(duì)來說較輕，對(duì)材料的強(qiáng)度要求不是特高。
但隨著建筑結(jié)構(gòu)高度的增加，在較多的樓層作用下，結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的自重荷載則會(huì)比較大，使得建筑結(jié)構(gòu)對(duì)基礎(chǔ)產(chǎn)生較大的豎向荷載，同時(shí)在水平荷載的作用下，結(jié)構(gòu)的豎向構(gòu)件（柱）中會(huì)產(chǎn)生較大的水平剪力和附加軸力。為了使得結(jié)構(gòu)滿足剛度和強(qiáng)度的要求，通常采取加大結(jié)構(gòu)構(gòu)件的截面尺寸，但是加大構(gòu)件的截面尺寸會(huì)使得結(jié)構(gòu)的整體自重增加。因此在高層建筑結(jié)構(gòu)首先應(yīng)該考慮如何減輕結(jié)構(gòu)的自重。
研究表明，當(dāng)在高層或超高層建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，選用結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高、自重較輕的鋼結(jié)構(gòu)、高強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)可以很大程度上減小建筑結(jié)構(gòu)的自重。
1.3 側(cè)向位移
據(jù)相關(guān)資料表明，建筑結(jié)構(gòu)的側(cè)向位移隨著建筑高度的增加而逐漸增大，因此，在建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)中，對(duì)層數(shù)較少、高度較低的結(jié)構(gòu)，可以不考慮其側(cè)向位移對(duì)結(jié)構(gòu)的影響。但隨建筑結(jié)構(gòu)高度的增加，整體結(jié)構(gòu)的側(cè)移對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的影響則不可忽視。
研究表明，由于水平荷載對(duì)結(jié)構(gòu)作用產(chǎn)生的側(cè)移隨著建筑高度的增加而逐漸增大，且側(cè)移量與結(jié)構(gòu)高度成一定的關(guān)系。
在進(jìn)行高層建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，既需要充分考慮建筑結(jié)構(gòu)整體是否具有足夠的承載能力，能否承受風(fēng)荷載的沖擊作用，又要求結(jié)構(gòu)具有足夠的抗側(cè)移性能，當(dāng)建筑結(jié)構(gòu)受到較大的水平力作用下，其可以很好地控制產(chǎn)生過大的側(cè)移量，確保結(jié)構(gòu)整體的穩(wěn)定性能。
與低層或多層建筑相比，高層建筑結(jié)構(gòu)的剛度稍微差一些，在發(fā)生地震災(zāi)害時(shí)，結(jié)構(gòu)的側(cè)向變形更大。為了確保高層建筑結(jié)構(gòu)在進(jìn)入塑性階段后，結(jié)構(gòu)整體仍具有較強(qiáng)的抗側(cè)移性能，保持結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，則需要在高層建筑結(jié)構(gòu)的構(gòu)造上采取合適的措施，確保結(jié)構(gòu)具有足夠的延性，從而滿足結(jié)構(gòu)的剛度要求。
2建筑優(yōu)化方法綜述
2.1基本假設(shè)
（1）彈性體假設(shè)
目前，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行工程分析時(shí)，均采用彈性的分析方法。當(dāng)結(jié)構(gòu)受到風(fēng)荷載或豎向荷載時(shí)，假設(shè)結(jié)構(gòu)處于彈性工作狀態(tài)，符合建筑結(jié)構(gòu)的實(shí)際受力狀態(tài)。但是當(dāng)受到地震災(zāi)害或臺(tái)風(fēng)襲擊時(shí)，結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大的側(cè)向位移，更甚出現(xiàn)裂縫，使得結(jié)構(gòu)進(jìn)入到塑性階段，此時(shí)不可以再用彈性變形計(jì)算，應(yīng)采用彈塑性理論進(jìn)行分析。
（2）小變形假設(shè)
小變形假設(shè)普遍應(yīng)用于結(jié)構(gòu)變形分析中。但當(dāng)結(jié)構(gòu)頂點(diǎn)的水平位移與結(jié)構(gòu)的高度比值大于0.002時(shí)，就不可以忽略P―Δ效應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)的影響了。
（3）剛性樓板假設(shè)
在高層建筑結(jié)構(gòu)分析時(shí)，假設(shè)樓板的自身平面內(nèi)剛度無限大，而自身平面外的剛度則忽略不進(jìn)行計(jì)算。采用這一假設(shè)，在很大程度上減少了高層建筑結(jié)構(gòu)位移的自由度，減小了計(jì)算的難度，并為筒體結(jié)構(gòu)采用空間薄壁桿的計(jì)算理論提供了保障。研究發(fā)現(xiàn)，剛性樓板假設(shè)一般適用于框架結(jié)構(gòu)體系和剪力墻結(jié)構(gòu)體系中。
2.2結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法
（1）并行算法
由于高層建筑結(jié)構(gòu)的主要因素是結(jié)構(gòu)的抵抗水平力的性能。因此，抗側(cè)移性能的強(qiáng)弱成為高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵因素，且是衡量建筑結(jié)構(gòu)安全性、穩(wěn)定性能的標(biāo)準(zhǔn)。
由于在建筑結(jié)構(gòu)中，單位建筑結(jié)構(gòu)面積的結(jié)構(gòu)材料中，用于承擔(dān)重力荷載的結(jié)構(gòu)材料用量與房屋的層數(shù)近似成正比例線性關(guān)系。此外，用于建筑結(jié)構(gòu)樓頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)材料用量幾乎是定值，不隨結(jié)構(gòu)的層數(shù)變化；但是用于墻、柱等結(jié)構(gòu)構(gòu)件的材料用量隨樓房的層數(shù)成線性正比例增加；而對(duì)于抵抗側(cè)向移動(dòng)的結(jié)構(gòu)材料用量，與樓房結(jié)構(gòu)層數(shù)的二次方的關(guān)系增長。圖3-1表示在風(fēng)荷載作用下的5跨鋼框架結(jié)構(gòu)，不同的結(jié)構(gòu)層數(shù)結(jié)構(gòu)材料各個(gè)構(gòu)件用量。
研究表明，樓房結(jié)構(gòu)所采用的結(jié)構(gòu)體系是否具有較好的抗側(cè)力性能，在很大程度上影響結(jié)構(gòu)材料的用量，綜合考慮各方面的條件，通過精心設(shè)計(jì)確定結(jié)構(gòu)的最優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，使結(jié)構(gòu)體系的材料用量降低到最小程度。從上圖中的虛線以上陰影部分就是結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)節(jié)約的鋼材用量，因此高層建筑結(jié)構(gòu)方案的優(yōu)化設(shè)計(jì)可以在很大程度上節(jié)約工程的總造價(jià)。
（2可靠度優(yōu)化法
在建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，必須進(jìn)行結(jié)構(gòu)的整體可靠度優(yōu)化。在地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生不活躍的地區(qū)，風(fēng)荷載是主要的水平荷載。因此，在非地震災(zāi)害區(qū)高層建筑結(jié)構(gòu)的方案選型時(shí)，應(yīng)優(yōu)先選用抗風(fēng)性能比較好的結(jié)構(gòu)體系，也就是選用風(fēng)壓體型系數(shù)較小的建筑結(jié)構(gòu)體系。比如結(jié)構(gòu)外形呈曲線流線型變化的建筑結(jié)構(gòu)圓形、橢圓形等，或是結(jié)構(gòu)從下往上逐漸減小的截錐形體系的風(fēng)壓體形系數(shù)較小，有利于很好地抗風(fēng)。此外，在對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行平面布置時(shí)，適合選取結(jié)構(gòu)平面形狀和結(jié)構(gòu)剛度分布均勻?qū)ΨQ的結(jié)構(gòu)體系類型，這樣可以在很大程度上減小風(fēng)荷載作用下的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)引起的結(jié)構(gòu)變形和內(nèi)力的影響。同時(shí)，還要限制高層建筑結(jié)構(gòu)的高寬比，避免結(jié)構(gòu)發(fā)生傾覆和失穩(wěn)現(xiàn)象。
（3）高層體系優(yōu)化法
由于建筑使用性能的不同，所以其對(duì)內(nèi)部空間的要求不同。同時(shí)，高層建筑結(jié)構(gòu)使用功能不同，則其平面布置也發(fā)生改變。通常，住宅和旅館的客房等宜采用小空間平面布置方案；辦公樓則適合采用大小空間均有；商場、飯店、展覽廳以及工廠廠房等則適宜采用大空間的的平面布置；宴會(huì)廳、舞廳則要求結(jié)構(gòu)內(nèi)部沒有柱子的大空間。由于不同的結(jié)構(gòu)體系可以提供的內(nèi)部空間的大小不同，因此，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段，應(yīng)該首先根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)的使用功能，選用合適的結(jié)構(gòu)類型。
3結(jié)束語
綜上所述，在確定高層建筑結(jié)構(gòu)方案時(shí)，要全面考慮結(jié)構(gòu)的使用功能、場地類別、設(shè)防烈度、建筑高度、地基基礎(chǔ)類型、結(jié)構(gòu)材料和施工工藝，同時(shí)還要考慮結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、技術(shù)以及經(jīng)濟(jì)保障等，選擇最優(yōu)化的結(jié)構(gòu)體系。
參考文獻(xiàn)
[1] 謝琳琳.關(guān)于高層建筑結(jié)構(gòu)選型決策的研究[D]，重慶：重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文，2001
【關(guān)鍵詞】結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；建筑結(jié)構(gòu)；優(yōu)化技術(shù)
1 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法的應(yīng)用及實(shí)踐價(jià)值
1.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法的應(yīng)用 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法和技術(shù)的應(yīng)用具體體現(xiàn)在房屋工程結(jié)構(gòu)總體的優(yōu)化設(shè)計(jì)和房屋工程分部結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)兩方面。其中房屋工程分部結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)包括：基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)方案的優(yōu)化設(shè)計(jì)、屋蓋系統(tǒng)方案的優(yōu)化設(shè)計(jì)、圍護(hù)結(jié)構(gòu)方案的優(yōu)化設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)細(xì)部設(shè)計(jì)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。對(duì)以上幾個(gè)方面的優(yōu)化設(shè)計(jì)還包含選型、布置、受力分析、造價(jià)分析等內(nèi)容，并應(yīng)在滿足設(shè)計(jì)規(guī)范和使用要求的前提下，結(jié)合具體工程的實(shí)際情況，圍繞其綜合經(jīng)濟(jì)效益的目標(biāo)進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。
1.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法的實(shí)踐價(jià)值 筆者認(rèn)為，在滿足建筑結(jié)構(gòu)長遠(yuǎn)效益的前提下，應(yīng)盡量減少建筑結(jié)構(gòu)的近期投資并提高建筑結(jié)構(gòu)的可靠度和合理性。與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)相比，采用設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)可以使建筑工程造價(jià)降低5%～30%。優(yōu)化技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，可以最合理的利用材料的性能，使建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)部各單元得到最好的協(xié)調(diào)，并具有建筑規(guī)范所規(guī)定的安全度。同時(shí)，它還可為建筑整體性方案設(shè)計(jì)進(jìn)行合理的決策，優(yōu)化技術(shù)是實(shí)現(xiàn)建筑設(shè)計(jì)的“適用、安全和經(jīng)濟(jì)”目標(biāo)的有效途徑。
2 民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與經(jīng)濟(jì)性的關(guān)系
2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與用地的關(guān)系 多層或高層住宅建筑中，總建筑面積是各層建筑面積的總和，層數(shù)越多，單位建筑面積所分?jǐn)偟姆课菡嫉孛娣e就越少。但隨著建筑層數(shù)的增加，房屋的總高度也增加，房屋之間的間距也必須增大。因此，用地的節(jié)約量并不隨建筑層數(shù)的增加而按同一比例遞增。
2.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與造價(jià)的關(guān)系 建筑層數(shù)對(duì)單位建筑面積造價(jià)有直接影響，但影響程度對(duì)各分部結(jié)構(gòu)卻是不同的。屋蓋部分，不管層數(shù)多少，都共用一個(gè)屋蓋，并不因?qū)訑?shù)增加而使屋蓋的投資增加。因此，屋蓋部分的單位面積造價(jià)隨層數(shù)增加而明顯下降。基礎(chǔ)部分，各層共用基礎(chǔ)，隨著層數(shù)增加，基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的荷載加大，必須加大基礎(chǔ)的承載力，雖然基礎(chǔ)部分的單位面積造價(jià)隨層數(shù)增加而有所降低，但不如屋蓋那樣顯著。承重結(jié)構(gòu)，如墻、柱、梁等，隨層數(shù)增加而要增強(qiáng)承載能力和抗震能力，這些分部結(jié)構(gòu)的單位建筑造價(jià)將有所提高。
2.3 高層住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與經(jīng)濟(jì)性的關(guān)系 住宅的層高直接影響住宅的造價(jià)，因?yàn)閷痈咴黾樱瑝w面積和柱體積增加，并增加結(jié)構(gòu)的自重，會(huì)增加基礎(chǔ)和柱的承載力，并使水衛(wèi)和電氣的管線加長。降低層高，可節(jié)省材料、節(jié)約能源，有利于抗震，節(jié)省造價(jià)。同時(shí)，除降低層高可以減少住宅建筑總高度，縮小建筑之間的日照距離，所以降低層高能也取得節(jié)約用地的效果。
在相同建筑面積時(shí)，住宅建筑平面形狀不同，住宅的外墻周長系數(shù)也不相同。顯然平面形狀越接近方形或圓形，外墻周長系數(shù)越小，外墻砌體、基礎(chǔ)、內(nèi)外表面裝修等也隨之減少，并且受力性能好，造價(jià)會(huì)降低。考慮到住宅的使用功能和方便性，通常單體住宅建筑的平面形狀多為矩形。 轉(zhuǎn)貼
3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用
3.1 直覺優(yōu)化（概念設(shè)計(jì)優(yōu)化）技術(shù)與建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 對(duì)于同一建筑方案，可以有許多不同的結(jié)構(gòu)布置設(shè)計(jì)；確定了結(jié)構(gòu)布置的建筑物，即使在同種荷載情況下也存在不同的分析方法；分析過程中設(shè)計(jì)參數(shù)、材料、荷載的取值也不是惟一的：建筑物細(xì)部的處理更是不盡相同，這些問題是計(jì)算機(jī)無法完全解決的，都需要設(shè)計(jì)人員自己作出判斷。而判斷只能在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一般規(guī)律指導(dǎo)下，根據(jù)工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行，這便是前面所說的概念設(shè)計(jì)。因此，概念設(shè)計(jì)存在于設(shè)計(jì)師對(duì)多種備選方案進(jìn)行選擇的過程中。
3.2 概念設(shè)計(jì)處理的實(shí)際建筑設(shè)計(jì)問題 概念設(shè)計(jì)所要處理的問題多種多樣。但可以肯定的是希望通過概念設(shè)計(jì)，建筑結(jié)構(gòu)能在各種不期而遇的外部作用下不受破壞，或?qū)⑵茐某潭冉抵磷畹汀Ｒ虼耍治鋈绾螒?yīng)付建筑物可能遭遇的各種不確定因素成為概念設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容。其中，地震作用最為難以琢磨，破壞性也最大。故而，建筑設(shè)計(jì)過程中就應(yīng)該未雨綢繆，從計(jì)算及構(gòu)造等各個(gè)方面都要采取一些有助于提高抗震能力的措施，不利于抗震的作法則應(yīng)盡量避免。剛度均勻、對(duì)稱是減小地震在結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生不利影響的重要手段；延性設(shè)計(jì)則能有效地防止結(jié)構(gòu)在地震作用下發(fā)生脆性破壞；多道設(shè)防思想能使建筑在特大地震作用下次要的構(gòu)件先破壞，消耗一部分地震能量。這些抗震設(shè)防思想在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中都應(yīng)該作為概念設(shè)計(jì)的重要指導(dǎo)思想。
4 結(jié)語
建筑是凝固的藝術(shù)，建筑師總是希望通過建筑物表達(dá)自己的設(shè)計(jì)意圖，力求藝術(shù)性和實(shí)用性的完美結(jié)合。結(jié)構(gòu)師在保證安全性的前提下，當(dāng)然應(yīng)該敢于挑戰(zhàn)新的結(jié)構(gòu)形式，使建筑師的意圖得以實(shí)現(xiàn)。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程中，在基本滿足建筑師設(shè)計(jì)意圖的基礎(chǔ)上，平面布置應(yīng)盡量規(guī)則，對(duì)稱，盡量縮小質(zhì)量中心和剛度中心的差異；使建筑物在水平荷載作用下不致產(chǎn)生太大的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。豎向布置上，在滿足功能要求的前提下，盡量使豎向承重構(gòu)件上下貫通；能不使用轉(zhuǎn)換層的就應(yīng)避免使用，以減小結(jié)構(gòu)分析和設(shè)計(jì)上的困難，另外也不經(jīng)濟(jì)，還容易造成應(yīng)力集中；豎向剛度最好不要突變，而要漸變，否則突變處在水平荷載作用下會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的應(yīng)力集中現(xiàn)象，這對(duì)結(jié)構(gòu)抵抗水平動(dòng)力荷載是十分不利的。
參考文獻(xiàn)：
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