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關(guān)鍵詞：房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計；建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計；優(yōu)化

中圖分類號：TB482.2 文獻標識碼：A 文章編號：

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)計的優(yōu)化工作包括對房屋總體結(jié)構(gòu)和分部結(jié)構(gòu)優(yōu)化兩個大的內(nèi)容，其中，在房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的建主結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計主要包括以下幾個方面的具體內(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，房屋的維護結(jié)構(gòu)、總體結(jié)構(gòu)、細節(jié)結(jié)構(gòu)等內(nèi)容的優(yōu)化設(shè)計。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)，對房屋建筑結(jié)構(gòu)的造價進行控制，也就是要對“房屋的造價進行最優(yōu)化設(shè)計”。

之所以對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計進行優(yōu)化是因為優(yōu)化設(shè)計能夠?qū)崿F(xiàn)對有限的空間和資源進行充分利用，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、美觀。相關(guān)研究統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計與傳統(tǒng)設(shè)計相比能夠節(jié)省5%～33%的工程造價，因此，在房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中要積極應(yīng)用建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計技術(shù)，以推動建筑工程企業(yè)的常遠發(fā)展，實現(xiàn)資源的充分利用。

2.常用的房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化技術(shù)

常用的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化技術(shù)有很多種，不同的優(yōu)化技術(shù)產(chǎn)生的實際建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計效果也是不同的，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)合時就需要對房屋建筑工程的實際狀況進行分析，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)計在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用

概念設(shè)計技術(shù)指的是“設(shè)計人員根據(jù)設(shè)計的一般規(guī)律和實踐經(jīng)驗，對房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的多種方案進行分析并優(yōu)化選擇方案的過程”。概念設(shè)計技術(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)的細節(jié)處理、荷載量的確定、參數(shù)選擇等部分的設(shè)計中，在進行概念設(shè)計過程中設(shè)計人員要對房屋施工方案進行綜合分析，從中選擇出最佳的施工方案。

2.2概念設(shè)計在建筑設(shè)計中的應(yīng)用

概念設(shè)計在房屋的建筑設(shè)計中進行應(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)計當中，如果房屋抗震性能差，在發(fā)生地震時則會造成重大的損失，因此，房屋建筑設(shè)計中的抗震優(yōu)化設(shè)計就顯得尤為重要。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、破壞能力等都是不同的，這就給房屋建筑設(shè)計中的抗震設(shè)計提出了更高的要求，相關(guān)數(shù)據(jù)的計算難度也非常大。概念設(shè)計是“綜合考慮決定抗震性能的各種因素和造價因素，選擇抗震性和經(jīng)濟性最強的方案?！币虼耍诜课萁ㄖO(shè)計中的概念設(shè)計優(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)計優(yōu)化技術(shù)在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中所應(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，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)計中的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化策略

房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化策略是需要從不同的角度和方向來進行的，比如可以從節(jié)能環(huán)保角度進行優(yōu)化設(shè)計、從信息化自動化角度進行優(yōu)化設(shè)計等等，具體而言房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化策略大致有以下幾點。

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)類型是會產(chǎn)生不同的造價管理模式的，而在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中常用的結(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、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)點在于開間大、靈活布局、造價較低等優(yōu)點，但是該結(jié)構(gòu)類型也具有一定的缺點，柱的截面面積比較大，抗震能力相對較薄弱。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，結(jié)構(gòu)布置比較合理，實際應(yīng)用能力也比較強，該結(jié)構(gòu)的最突出特點就是抗側(cè)力能力比較強。

綜上所述的三種房屋結(jié)構(gòu)類型，無論是哪種都會有優(yōu)點和缺點，在進行結(jié)構(gòu)類型選擇過程中一定要從建筑質(zhì)量和建筑成本兩個角度出發(fā)優(yōu)化選擇，對于建筑質(zhì)量一定要符合業(yè)主和相關(guān)標準的要求，而對于建筑成本控制來說，要對房屋建筑工程的投資水平和施工單位的實際施工能力等進行分析和選擇，最好是實現(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)計中就應(yīng)該積極應(yīng)用先進的信息技術(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)計中設(shè)計者的工作量，提高工作質(zhì)量和工作效率。

3.3節(jié)能結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化

節(jié)能結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(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，維護結(jié)構(gòu)設(shè)計。維護結(jié)構(gòu)主要指的就是門窗和屋頂，對于門窗而言，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)計的優(yōu)化是需要綜合進行的，雖然本文簡單的提出了三點優(yōu)化策略，但是在實際應(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)計人員在優(yōu)化設(shè)計之前對房屋建筑工程實際狀況進行深入了解。

參考文獻

[1]翁維素.運用系統(tǒng)思想，優(yōu)化工程結(jié)構(gòu)設(shè)計，實現(xiàn)節(jié)約目標[J].河北建筑工程學(xué)院學(xué)報.2008（03）.

[2]侯貫澤，劉樹堂，簡國威.工程結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計理論與方法[J].鋼結(jié)構(gòu).2009（08）.

篇2

關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)設(shè)計；優(yōu)化技術(shù)；新型結(jié)構(gòu)；形式應(yīng)用

中圖分類號： TB482.2文獻標識碼：A 文章編號：

0 引言

結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化技術(shù)就是在原設(shè)計方案的基礎(chǔ)上，結(jié)合新工藝和設(shè)備的使用，增加新材料的投入，采用新型結(jié)構(gòu)體系進行局部設(shè)計的改變，使技術(shù)更可行，更加滿足建筑功能要求，同時節(jié)約材料， 降低造價。從建筑上分析結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法， 它主要體現(xiàn)在房屋工程分部結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計和房屋工程結(jié)構(gòu)總體的優(yōu)化設(shè)計量方面。房屋工程分部結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計包括：基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)方案的優(yōu)化設(shè)計、 屋蓋系統(tǒng)方案的優(yōu)化設(shè)計、 圍護結(jié)構(gòu)方案的優(yōu)化設(shè)計和結(jié)構(gòu)細部設(shè)計的優(yōu)化設(shè)計。 對以上幾個方面的優(yōu)化設(shè)計還包括選型、布置、受力分析、造價分析等內(nèi)容，在實施過程中，還應(yīng)該按照一切從實際出發(fā)的原則， 結(jié)合具體工程的實際情況， 圍繞房屋建筑的綜合經(jīng)濟效益目標進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計。

一、結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法

進行結(jié)構(gòu)設(shè)計時， 不同方案的選擇及不同的建筑材料的選用對工程整體會有較大影響， 應(yīng)在滿足設(shè)計意圖后，盡量使平面布置規(guī)則，縮小剛度和質(zhì)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(zhuǎn)作用。豎直方向上應(yīng)避開使用轉(zhuǎn)換層，減少應(yīng)力集中現(xiàn)象。

（1）結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計模型

結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計模型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(xué)合理的方法得出最優(yōu)解。 結(jié)構(gòu)總體的優(yōu)化建立模型的大致步驟如下： 一是設(shè)計變量的合理選擇。通常的設(shè)計變量選擇對設(shè)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(yù)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(jié)構(gòu)可靠度優(yōu)化設(shè)計的約束條件，包括了應(yīng)力約束、裂縫寬度約束、結(jié)構(gòu)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)的彈塑性約束、 從可靠指標約束到確定性約束條件等。設(shè)計中，要保證各約束條件必須符合現(xiàn)行規(guī)范的要求。

（2）結(jié)構(gòu)優(yōu)化計算方案

結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)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(shè)定計算方案時， 常將有約束條件轉(zhuǎn)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(shè)定后只需編制相應(yīng)適用的運算程序即可得到我們的最終優(yōu)化結(jié)果

（3）推廣設(shè)計標準規(guī)范和標準設(shè)計

工程設(shè)計標準規(guī)范的形成，來源于大量成熟的、行之有效的實踐經(jīng)驗和科技成果，是科技轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力的必要途徑。 優(yōu)秀的工程設(shè)計標準和規(guī)范， 不僅優(yōu)化了設(shè)計， 減少設(shè)計的盲目性，還將大大提高設(shè)計速度， 有效降低項目的全壽命費用。 在標準規(guī)范中可以對一些重要的部位采取設(shè)計經(jīng)濟指標限額制度，對一些設(shè)計部位使用“宜”或“不宜”等引導(dǎo)性語言提示設(shè)計人員對方案進行優(yōu)化， 鼓勵他們在設(shè)計中大膽使用新工藝和新材料。 整體結(jié)構(gòu)的科學(xué)性和合理性是新規(guī)范特別強調(diào)內(nèi)容。新規(guī)范用于控制結(jié)構(gòu)整體性的主要指標主要有：周期比、位移比、剛度比、層間受剪承載力之比、剛重比、剪重比等。新的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范在結(jié)構(gòu)可靠度、設(shè)計計算、配筋構(gòu)造方面均有重大更新和補充，特別是對抗震及結(jié)構(gòu)的整體性，規(guī)則性作出了更高的要求。

二、結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化技術(shù)的實踐應(yīng)用

結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法應(yīng)用于實踐之中， 是目前一個比較廣泛的課題， 利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化的方法在不改變適用性能的前提下達到降低工程造價的目的。 結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化技術(shù)應(yīng)用于項目的整體設(shè)計、前期設(shè)計，舊房改造，抗震設(shè)計等設(shè)計的各分部環(huán)節(jié)，發(fā)揮著巨大的效益。進行優(yōu)化設(shè)計，要把握好技術(shù)和經(jīng)濟的對立統(tǒng)一關(guān)系，既要反對片面強調(diào)節(jié)約，忽視技術(shù)上的合理要求的做法，又要反對設(shè)計保守浪費，只重技術(shù)，輕經(jīng)濟的思想。在按照結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的方法及模型進行實踐的過程中，要注意下面的幾個問題。

（1）結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化應(yīng)注意前期參與

結(jié)構(gòu)設(shè)計的階段分為三個：結(jié)構(gòu)方案階段、結(jié)構(gòu)計算階段和施工圖設(shè)計階段。概念設(shè)計是展現(xiàn)先進設(shè)計思想的關(guān)鍵， 結(jié)構(gòu)工程師的主要任務(wù)就是在特定的建筑空間中用整體的概念來完成結(jié)構(gòu)總體方案的設(shè)計，客觀、真實的理解結(jié)構(gòu)的工作性能，并能夠有意識的處理構(gòu)件與結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)的關(guān)系，靈活地運用它們。因為前期方案的確定直接影響建筑的總投資， 而現(xiàn)在存在的普遍問題就是前期方案階段結(jié)構(gòu)設(shè)計并不進行參與， 建筑師進行建筑設(shè)計時大多并不考慮結(jié)構(gòu)的合理性以及它的可行性，但是建筑設(shè)計的結(jié)果卻直接對結(jié)構(gòu)設(shè)計造成影響，某些方案可能會增加結(jié)構(gòu)設(shè)計的難度，并使得建筑的總投資提高。如果在方案的初期，結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計就能參與進來，那么我們就能針對不同的建筑類別，選擇合理的結(jié)構(gòu)形式，合理的設(shè)計方案，獲得一個良好的開端。

（2）結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化應(yīng)考慮采用新型結(jié)構(gòu)體系

建筑工業(yè)化是我國建筑業(yè)的發(fā)展方向。 建筑工業(yè)化是在建筑標準化的基礎(chǔ)上采用先進、 適用的技術(shù)、 工藝和裝備，發(fā)展施工專業(yè)化， 提高機械化水平， 減少繁重、復(fù)雜的手工勞動作業(yè)。在目前建筑工業(yè)化的大背景下，實現(xiàn)建筑工業(yè)化首先應(yīng)從設(shè)計開始，從結(jié)構(gòu)入手，建立新型結(jié)構(gòu)體系，包括鋼結(jié)構(gòu)體系、預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)體系，復(fù)合木結(jié)構(gòu)建筑等。多層建筑應(yīng)由傳統(tǒng)的磚混結(jié)構(gòu)向預(yù)制框架結(jié)構(gòu)發(fā)展，高層及小高層建筑應(yīng)由框架向剪力墻或鋼結(jié)構(gòu)方向發(fā)展。要使大部分建筑構(gòu)件實行工廠化作業(yè)，減少施工現(xiàn)場作業(yè)。

（3）概念設(shè)計結(jié)合細部結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化

概念設(shè)計應(yīng)用于沒有具體數(shù)值量化的情況，例如地震設(shè)防烈度，因為它的不確定性， 計算式難免與現(xiàn)實有較大的差異， 在進行設(shè)計的時候就要采用概念設(shè)計的方法， 把數(shù)值作為輔助和參考的依據(jù)。 設(shè)計過程中需要設(shè)計人員靈活的運用結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的方法， 達到最佳的效果。與宏觀把握相對應(yīng)的，設(shè)計的過程同時要注意對于細部的結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化，比如現(xiàn)澆板中的異形板拐角處易出現(xiàn)裂縫，可劃分為矩形板。注意鋼筋的選擇，I 級鋼和冷軋帶肋鋼市場價格差不多，但是他們的極限抗拉力卻相差很大，所以在塑性滿足要求的情況下，現(xiàn)澆板的受力鋼筋就可選擇冷軋帶肋鋼筋。在做結(jié)構(gòu)設(shè)計的時候，外立面上的懸挑板及配筋，滿足基本的規(guī)范要求即可，達到既安全又經(jīng)濟的目的。

（4）下部地基基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化

地基基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化首先要選擇合適的方案， 如果為樁基礎(chǔ)， 那么要根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)條件選擇樁基類型，盡量節(jié)省造價。樁端持力層對灌注樁樁長的選擇影響很大，應(yīng)多進行比較以確定最合適的方案。設(shè)計時應(yīng)重視地質(zhì)勘察報告的交底工作，選擇合理的基礎(chǔ)型式，選擇經(jīng)濟適用的方案能大大降低造價。

三、結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的現(xiàn)實意義

（1）結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計提高材料利用率

對我國這樣一個發(fā)展中國家， 結(jié)構(gòu)設(shè)計的目的即是花最少的錢做最好的建筑。 從優(yōu)化設(shè)計的角度， 結(jié)構(gòu)性能最好的方案不一定材料利用率最高， 這就要求設(shè)計時對結(jié)構(gòu)材料的充分利用，同時也強調(diào)使用各種新型建筑材料，如預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)、鋼-混凝土結(jié)構(gòu)等。其中鋼管混凝土結(jié)構(gòu)是將混凝土填入薄壁圓形鋼管內(nèi)而形成的一種新型結(jié)構(gòu)， 它將兩種材料有機地結(jié)合，可借助內(nèi)填混凝土增強鋼管壁的穩(wěn)定性，借助鋼管對核心混凝土的套箍作用，使核心混凝土處于三向受壓狀態(tài)， 從而具有更高的抗壓強度和抗變形能力。 它的出現(xiàn)使傳統(tǒng)意義上的受壓破壞特征由脆性變?yōu)檠有裕?對結(jié)構(gòu)抗震的延性設(shè)計意義巨大， 也使超高層建筑底層柱的軸壓比限制問題迎刃而解。 鋼管混凝土與鋼結(jié)構(gòu)相比， 在自重相近和承載力相同條件下，可節(jié)約鋼材近 50%，并節(jié)約大量的焊接工作量。與普通混凝土相比，在保持鋼材用量相近和承載力相同條件下，構(gòu)件截面面積可減少約 50%，材料用量和構(gòu)件自重相應(yīng)減少約 50%。實踐證明在結(jié)構(gòu)設(shè)計時，使用這些新工藝設(shè)備可大大提高材料利用率，降低工程造價。

（2）進行結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化提高建筑結(jié)構(gòu)經(jīng)濟性

建筑的層高增加，由于墻體面積和柱體積增加，結(jié)構(gòu)的自重會增加，基礎(chǔ)和柱的承載力相應(yīng)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，有利于抗震，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(chǔ)、外墻砌體、內(nèi)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(jīng)濟性能。與傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計相比， 采用結(jié)構(gòu)設(shè)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(shù)性實現(xiàn)，可以最合理的利用材料性能，使建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)部各單元得到最好的協(xié)調(diào)。賞心悅目的建筑是建筑的美觀與結(jié)構(gòu)設(shè)計相互協(xié)調(diào)密切配合的結(jié)果。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計追求適用、安全、經(jīng)濟、美觀和便于施工五種效果，而建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化技術(shù)方法的應(yīng)用不但滿足了建筑美觀、造型優(yōu)美的要求又能使房屋結(jié)構(gòu)安全、經(jīng)濟、合理，成為實際意義上的“經(jīng)濟適用”房。

參考文獻

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關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)設(shè)計；優(yōu)化技術(shù)；房屋設(shè)計

中圖分類號： TU318 文獻標識碼：A 文章編號：

Abstract: This article mainly start from the building structure design optimization technique of practical value and application, combined with the design of building structures in the cost aspect of economic factors, mainly on the structural design optimization technology in building structure design discusses the application.

Key words: Structure design；Optimization technique；The housing design

在房屋建造過程中，建筑結(jié)構(gòu)的成本造價是一項較大的花費，通過結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化技術(shù)能夠很好的解決成本造價方面的壓力，因此，從事結(jié)構(gòu)設(shè)計的人員應(yīng)該充分考慮房屋建造過程中的經(jīng)濟性、合理性、適用性，從而在滿足相關(guān)建造要求的前提下，較好的降低工程的總體造價。

一、房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化技術(shù)的現(xiàn)實價值和應(yīng)用

1、房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化技術(shù)的現(xiàn)實價值

在進行房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計時，首先要做的就是要滿足房屋結(jié)構(gòu)效益的長遠化，在這個基礎(chǔ)上，盡量使房屋在投資商降低，結(jié)構(gòu)上科學(xué)合理。與傳統(tǒng)的房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計理念相比，現(xiàn)代房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化技術(shù)在房屋結(jié)構(gòu)建造中的應(yīng)用，能夠有效的降低工程成本，大約可以維持在10%――35%之間。結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化技術(shù)的運用，能夠?qū)⒔ú牡睦寐屎托阅馨l(fā)揮到最大值，使房屋內(nèi)部的各個空間之間形成協(xié)調(diào)的整體，并符合我國相關(guān)的安全質(zhì)量規(guī)定。此外，房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化技術(shù)的運用還能夠?qū)Ψ课莸淖畛踉O(shè)計提供幫助，因此，優(yōu)化技術(shù)對房屋整體設(shè)計的安全、合理、舒適起著重要的作用。

2、房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)方案和理論的應(yīng)用

房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計方案和理論在現(xiàn)實中的應(yīng)用主要表現(xiàn)在兩個方面，即房屋總體工程結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化和房屋各個組成部分的設(shè)計優(yōu)化。在這其中，房屋各個組成部分的設(shè)計優(yōu)化包括很多方面，如：相關(guān)細節(jié)結(jié)構(gòu)部分的優(yōu)化設(shè)計、相關(guān)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)方面的優(yōu)化設(shè)計、房屋護圍結(jié)構(gòu)方面的優(yōu)化設(shè)計和房屋屋頂方面的設(shè)計優(yōu)化等，對于這些方面的設(shè)計優(yōu)化還包含很多更加細化的設(shè)計，如布置、選型、造價、受力等方面的設(shè)計優(yōu)化。相關(guān)的設(shè)計工作者應(yīng)該在滿足房屋建造的相關(guān)規(guī)定前提下，而后充分考慮造價方面的因素進行相關(guān)的結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化。

二、房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的經(jīng)濟性分析

1、房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計占地方面的經(jīng)濟性

在當前，房屋的建造形式主要以高層和超高層為主，而房屋建造的總面積是由隔層面積之和而得，所以說，房屋的建造層數(shù)越多，相應(yīng)的總的建筑面積就會越多，由此房屋的單位建筑面積需要占用的土地面積越小。與此同時，隨著建筑層數(shù)的不斷增加，房屋高度也會隨之不斷增加，而房屋與房屋之間的間距也會隨之增加，由此可見，在房屋建造時，占地面積與房屋高度并不是按照一定比例進行增加的。

2、房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計在造價方面的經(jīng)濟性

在進行房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計時，結(jié)構(gòu)設(shè)計方法以及所使用的建材的不同可能使整個工程的造價產(chǎn)生巨大的變化，因此在進行結(jié)構(gòu)設(shè)計時有必要對各種方面如基礎(chǔ)選擇什么養(yǎng)的類型、房屋高度以及層數(shù)的選擇、結(jié)構(gòu)形式等進行必要的經(jīng)濟性的考慮。根據(jù)相關(guān)的統(tǒng)計顯示，采用科學(xué)合理的設(shè)計方案能夠使整個工程的造價下降10%左右，甚至有的可以達到20%。房屋結(jié)構(gòu)大多是由基礎(chǔ)、柱、梁、樓板等組成，而這些部分所需的成本造價也存在很大的差異，因此，在實際工程施工過程中，應(yīng)該根據(jù)實際情況有針對性的進行選擇。

3、高層住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計的經(jīng)濟性

對于高層住宅而言，其層數(shù)直接與成本造價產(chǎn)生聯(lián)系，隨著層數(shù)的不斷增加，建筑中，墻體面積、柱體面積等都會隨之增加，建筑的整體自重、基礎(chǔ)的承載能力、各種管線的長度同樣也會增加。因此設(shè)計一個合適的層數(shù)，不僅可以使得建筑材料大大節(jié)約，而且有利于抗震性能的提升，同時，一個合適的建筑物高度還能夠使得相鄰建筑物之間的距離縮短，節(jié)約建筑用地。

三、房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化技術(shù)在結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用

1、概念設(shè)計優(yōu)化技術(shù)和建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計

在現(xiàn)代建筑設(shè)計中，概念設(shè)計是設(shè)計思想展示的關(guān)鍵因素，作為設(shè)計人員，最重要的事情就是在一個特定的空間內(nèi)，利用整體的概念來進行總體設(shè)計方案的確定，將建筑中，構(gòu)件和結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系進行處理，要想將概念設(shè)計較好的完成，設(shè)計人員必須建立在豐富的建筑經(jīng)驗基礎(chǔ)上，隨著經(jīng)驗的增長，設(shè)計作品也會變得越來越新穎、完美。在相同的設(shè)計方案中，建筑中的結(jié)構(gòu)組成設(shè)計也存在很多種變化，即使是內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計已經(jīng)確定的建筑，它的各種分析方法也存在許多的不同，比如說設(shè)計參數(shù)、材料、荷載等等參數(shù)的取值也不盡相同。而上述這些問題，并不能通過計算機來完成，需要相關(guān)工作人員自己對其進行判斷和處理。這些判斷和處理都需要在遵循一般規(guī)律的前提下，根據(jù)已有的工程經(jīng)驗，得到最終的結(jié)果，這一過程也就是前面所說的概念設(shè)計。

2、概念設(shè)計處理的實際建筑設(shè)計問題

勘察設(shè)計是工程的靈魂，質(zhì)量的龍頭。只有具備優(yōu)秀的設(shè)計，才能創(chuàng)建優(yōu)質(zhì)的工程。一個優(yōu)秀的結(jié)構(gòu)工程師會在每一項工程設(shè)計的開始，即在建筑設(shè)計的方案階段，根據(jù)經(jīng)驗和專業(yè)設(shè)計理論，在腦海中進行一個“優(yōu)化”過程，運用概念設(shè)計方法，可以迅速、有效地對結(jié)構(gòu)體系進行構(gòu)思、比較與選擇，同時幫助建筑師開拓或?qū)崿F(xiàn)建筑物業(yè)所想要的空間形式及其使用、構(gòu)造與形象功能，并以此為目標，與建筑師一起確定建筑的總體結(jié)構(gòu)體系，并能明確總體結(jié)構(gòu)體系分體結(jié)構(gòu)體系的最優(yōu)受力方案所得方案往往概念清晰、定性正確，避免了后期設(shè)計階段一些不必要的煩瑣運算，具有較好的經(jīng)濟可靠性能。同時，這也是判斷計算機內(nèi)力分析輸出數(shù)據(jù)可靠與否的主要依據(jù)。概念設(shè)計是結(jié)構(gòu)設(shè)計的核心和靈魂，它統(tǒng)領(lǐng)結(jié)構(gòu)設(shè)計的全過程，貫穿著設(shè)計工程師的知識水平和設(shè)計水平。運用結(jié)構(gòu)概念設(shè)計從整體上把握結(jié)構(gòu)的各項性能，這樣才能對計算分析結(jié)果進行科學(xué)的判斷、合理的采用，保證了工程師在設(shè)計中的主導(dǎo)地位。

總之，結(jié)構(gòu)設(shè)計在當今房屋建筑工程中是一項責(zé)任繁重的項目，其設(shè)計的水平直接影響著建筑物的經(jīng)濟性、適用性和安全性。建筑結(jié)構(gòu)成本在整個工程項目中占有很大比例，優(yōu)質(zhì)的結(jié)構(gòu)設(shè)計不僅可以確保房屋的居住使用安全性，而且能夠減少建設(shè)成本，進而獲得最大的經(jīng)濟效益。

參考文獻

1、隋國龍，優(yōu)化技術(shù)及在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用，中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2011(3)

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關(guān)鍵詞: 毛石砌筑擋煤墻;扶壁柱;半地下式結(jié)構(gòu)

Circular coal field structure design optimization

ZhuFeng

(Jiangsu Electric Power Design Institute, Nanjing 211100)

Abstract:According to a power plant coal circle quantity of coal storage requirements and venues, and puts forward the limited scope of underground type freestone half gravity type block masonry wall structure scheme, optimize coal block the stress characteristics of coal wall, in order to reduce BiZhu retaining wall and coal quantity, and help with reinforced concrete block coal wall structure scheme that compare technical economy, some useful conclusions, reference for other similar projects.

1 概述

某電廠擴建2×1000 MW發(fā)電機組，在原有煤場東側(cè)，根據(jù)貯煤量要求需新建1座圓形煤場，直徑為Φ120m，擋煤側(cè)墻高度約8m，最高堆煤高度約28m。根據(jù)電廠前期勘測資料，地下水穩(wěn)定水位埋深一般為2.00～3.50m。上部地基土以粘性土為主，層③、④粘土具有低壓縮性、較高承載力的特性，是良好的天然地基持力層。

目前國內(nèi)已運行的圓形封閉煤場結(jié)構(gòu)均由帶扶壁柱的鋼筋混凝土擋煤墻和大跨度螺栓球節(jié)點空間網(wǎng)架屋面組成. 對已建工程的整體造價進行分析可知120m直徑封閉煤場在采用國產(chǎn)設(shè)備后土建費用約占總造價的60%以上, 因此土建費用對整體造價起控制作用和決定作用。而在土建費用中，基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)扶壁柱擋煤墻造價占總造價的70 %左右,網(wǎng)架結(jié)構(gòu)和屋面系統(tǒng)的造價所占的比例約為30 %,因此如何有效的降低擋煤墻及基礎(chǔ)的造價,將直接影響到圓形煤場整體造價。

2 圓形煤場結(jié)構(gòu)特點及受力特性分析

帶扶壁柱的擋煤墻，平面布置如圖1 所示。扶壁柱、擋煤墻的受荷主要來源于煤場內(nèi)堆煤的水平側(cè)壓力、上部空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)自重和水平推力。擋煤墻扶壁柱一般按間距10°沿圓周均勻分布，扶壁柱為懸臂結(jié)構(gòu)，它的受力類似于擋土墻,計算時將網(wǎng)架屋面的支座反力作用在扶壁柱頂,并計算煤堆的水平推力及其不利組合,按照組合內(nèi)力確定截面尺寸和配筋. 目前工程常用的擋煤墻均為鋼筋混凝土擋煤墻，其沿高度方向的兩邊簡支在扶壁柱上,底邊簡支在環(huán)形基礎(chǔ)上,頂邊處于自由狀態(tài), 可按照三邊簡支一邊自由的板承受三角形荷載作用來計算內(nèi)力。

3 圓形煤場優(yōu)化分析及經(jīng)濟比較

根據(jù)本工程的特點，可采用兩種方式降低土建工程造價。一是采用半地下式結(jié)構(gòu),即不改變封閉煤場直徑,通過調(diào)整擋煤墻基礎(chǔ)埋深后采用部分地下結(jié)構(gòu),利用地下結(jié)構(gòu)外側(cè)的土壓力平衡部分煤壓力,以達到減少擋煤墻結(jié)構(gòu)總的側(cè)壓力、從而降低工程造價的目的.二是將鋼筋混凝土擋煤墻改為毛石砌筑擋煤墻。降低材料造價以達到降低工程造價的目的。

3.1 調(diào)整基礎(chǔ)埋深

對于全地上式擋煤墻,可根據(jù)環(huán)形基礎(chǔ)承臺的體積,并考慮基礎(chǔ)開挖時適當放坡來計算該方案的開挖土石方量,由于地下水位較低,此方案不需考慮施工階段的降水措施及費用.對于半地下式擋煤墻,如果煤場場地較深，除考慮基礎(chǔ)體積和開挖工作面所需土石方量，煤場混凝土底板外,還應(yīng)考慮施工過程中應(yīng)采取降、排水措施及其費用。

半地下式結(jié)構(gòu)與全地上結(jié)構(gòu)相比,合理利用了擋煤墻外側(cè)土體的壓力來抵抗水平煤壓力,整個煤場范圍內(nèi)的基礎(chǔ)費用可以大幅度降低;但是當需要考慮地下水位影響時,增設(shè)煤場混凝土底板之后,半地下式結(jié)構(gòu)與全地上結(jié)構(gòu)相比,工程總造價不但沒有降低,反而有所增加,主要原因是,由于地下水位較高,增加地下室結(jié)構(gòu)之后,在滿足地下室防水、抗浮穩(wěn)定性要求的前提下,煤場底板所需的混凝土量很大,而這部分混凝土僅僅是用來抵抗地下水對地下室的浮力,因而經(jīng)濟性不佳;隨著地下室埋深的增加,整個煤場范圍內(nèi)的土方量增加較快,對施工期間的基坑支護和基坑降水也很不利,導(dǎo)致土方的綜合單價提高、基坑降水費用增加,是工程總造價增加不可忽視的因素。

不考慮地下水的影響和工藝布置允許時,適當降低基礎(chǔ)埋深的條件下,可以達到降低工程造價的目的,具有一定的經(jīng)濟性。因此，根據(jù)該電廠地質(zhì)條件,可將煤場地坪降為-1.000。由于水位較高，調(diào)整后經(jīng)濟效果并不明顯，但是對于西北方等底水位地區(qū)，采用此方法可以大幅降低工程造價。

3.2 調(diào)整擋煤墻材料

建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范中要求重力式擋墻高度應(yīng)小于6m，而04J008擋土墻（重力式、衡重式、懸臂式）圖集中對也對擋墻高度有限制，其中仰斜式、折背式重力式擋土墻要求高度在2～10米，直立式、俯斜式重力式擋土墻要求高度在2～8米。由于本工程擋煤墻高度不是很高的特點，堆煤側(cè)高度僅8米，通過降低煤場地坪后，實際內(nèi)外高差僅6米，滿足重力式擋土墻構(gòu)造設(shè)計要求。根據(jù)前面的受力分析計算(過程略),兩種方案的技術(shù)經(jīng)濟指標對比見表

根據(jù)對比可以明顯看出，采用毛石砌筑擋煤墻方案可以比鋼筋混凝土擋煤墻方案省大約300萬左右。主要原因為：一、其擋煤墻材料造價便宜；二、毛石擋煤內(nèi)側(cè)不需貼保溫內(nèi)襯；三、扶壁柱及基礎(chǔ)計算僅考慮球殼網(wǎng)架傳來的上部荷載及扶壁柱寬度的煤場堆煤荷載，因此扶壁柱及其基礎(chǔ)材料用量較鋼筋混凝土擋煤墻方案少。同時采用毛石砌筑擋煤墻方案，因其結(jié)構(gòu)簡單，施工方便，有能夠就地取材的優(yōu)勢，對后續(xù)的維修也極為便利。

4 結(jié)論

因本工廠廠址位于長江下游地區(qū)，水位較高，降低基礎(chǔ)埋深對工程造價的影響不大。由于重力式擋土墻對高度有一定的限制，在使用中有一定的局限。但是通過對煤場地坪適當優(yōu)化降低了內(nèi)外堆煤高差，滿足了毛石砌筑擋煤墻的構(gòu)造設(shè)計要求，降低了圓形煤場的造價。對于其它工程中采用毛石砌筑已不合理的圓形煤場，可經(jīng)過經(jīng)濟比較選擇采用混凝土重式擋墻，在強度不夠的地方配置鋼筋，進一步提高擋土墻的高度。目前此工程尚在設(shè)計中，對后續(xù)相似工程有一定的借鑒參考作用。

參考文獻:

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[2] 建筑結(jié)構(gòu)靜力計算手冊[M] . 北京:中國建筑工業(yè)出版社,1998.

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關(guān)鍵詞：建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計；優(yōu)化方法；房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計；應(yīng)用

中圖分類號：TU318文獻標識碼： A

一、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的重要性

在房屋結(jié)構(gòu)的設(shè)計中，采用合理的建筑結(jié)構(gòu)方案，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)建筑物的實際使用價值，而且還能夠很好地實現(xiàn)建筑物的經(jīng)濟價值和環(huán)保價值。通俗的講，好的結(jié)構(gòu)方案不僅可以在最大程度上為建設(shè)單位減少資本投入，帶來更多的經(jīng)濟效益，而且還可以科學(xué)有效地保護建筑施工場地的生態(tài)環(huán)境，從而實現(xiàn)建筑經(jīng)濟利益與環(huán)境保護相結(jié)合的模式。因此，合理地使用建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)能夠更好地實現(xiàn)建筑的綜合效益。建設(shè)單位從事建筑開發(fā)的基本原則就是在最大程度的減少資本投入、減少建筑材料使用的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)建筑的高質(zhì)量和長期使用【1】。建筑只有在保證良好質(zhì)量和長期使用的前提下才能夠?qū)崿F(xiàn)建筑美觀、耐用、新穎等特點，從而滿足不同人群的需要。與傳統(tǒng)的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方案相比，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化可以有效地降低建筑結(jié)構(gòu)成本投入。其采用的結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化措施可以科學(xué)地實現(xiàn)建筑施工過程中各種資源的合理配置，以及各項建筑材料的充分利用，并且更好地協(xié)調(diào)建筑空間布局，使得建筑空間布局能夠有效的結(jié)合，共同發(fā)揮其使用功能。因此，合理的利用建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)，在確保建筑安全性能的前提下能夠充分的體現(xiàn)出建筑結(jié)構(gòu)創(chuàng)新性。此外，這種技術(shù)還能夠幫助結(jié)構(gòu)設(shè)計人員選擇最為合理的設(shè)計方式。

二、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的理論體現(xiàn)

在進行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時，我們不僅需要考慮其安全性、可靠性以及基本功能的健全性，還需要考慮建筑本身的美感與藝術(shù)感，這就是結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的相應(yīng)體現(xiàn)。從理論上對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的相關(guān)優(yōu)化方式進行分析，我們可知，建筑結(jié)構(gòu)的的設(shè)計優(yōu)化方式在現(xiàn)實應(yīng)用中，主要體現(xiàn)在建筑結(jié)構(gòu)整體的優(yōu)化和建筑結(jié)構(gòu)分層的優(yōu)化上。對于建筑結(jié)構(gòu)整體的優(yōu)化，我們不僅應(yīng)盡量減少結(jié)構(gòu)質(zhì)量中心和結(jié)構(gòu)剛度中心的相關(guān)性差異，而且還應(yīng)保持建筑結(jié)構(gòu)的對稱性和規(guī)則性，但是這些結(jié)構(gòu)設(shè)計的理念同時應(yīng)滿足建筑設(shè)計師的設(shè)計要求。對于建筑結(jié)構(gòu)分層的優(yōu)化，在滿足建筑本身功能的前提下，豎直方向應(yīng)盡量讓同一方向的豎向承重構(gòu)件達到上下相通，而且為了減小在結(jié)構(gòu)設(shè)計上的難度，宜盡量避免轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的使用。在豎直方向的設(shè)計還應(yīng)充分考慮剛度的相關(guān)要求，剛度的變化應(yīng)保持均勻性而不是突變性，否則一旦出現(xiàn)剛度的突變會嚴重影響建筑結(jié)構(gòu)在抵抗水平方向上的荷載作用性能。

三、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的方法

1、優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計模型

建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化可以分為以下幾個階段:

1.1 對變量的選擇。一般情況下，建筑師決定的最終建筑設(shè)計方案起到重要的作用，這些重要的建筑數(shù)值均可以作為變量供建筑設(shè)計人員進行選擇。例如:工程參數(shù)的參考，包括對房屋價格的參考、對于其損失的參考等等。設(shè)計人員若能夠?qū)⒆兓容^小或考慮因素較少的參數(shù)作為設(shè)計的參考，建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計和編程難度將會大大降低，設(shè)計人員也能夠更快的找到最符合設(shè)計目標的數(shù)據(jù)【2】。

1.2 對函數(shù)的確定。設(shè)計人員要選擇出最符合配筋率和房屋結(jié)構(gòu)構(gòu)件尺寸的一組函數(shù)，進而在最大程度上降低建設(shè)成本。

1.3 對施工條件的衡量。想要進一步確保建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，就需要從房屋的受力限度、變形限度、結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、房屋結(jié)構(gòu)構(gòu)件的尺寸、結(jié)構(gòu)構(gòu)件裂縫的限度、房屋的結(jié)構(gòu)體系等方面考慮。在實際的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，設(shè)計師應(yīng)該結(jié)合建筑使用方案和房屋的施工條件，分析出實際設(shè)計中存在的約束性條件，并且要確保解決這些約束性條件的方案要符合我國現(xiàn)行的規(guī)范規(guī)定，以保證建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計結(jié)果達到最優(yōu)。

2、科學(xué)設(shè)定優(yōu)化設(shè)計的相關(guān)方案及應(yīng)用程序

首先，依據(jù)可靠度而開始進行房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化通常都具有很多約束條件，有時會遇到非線性的相關(guān)優(yōu)化問題。所以在相應(yīng)的計算中，會進行相應(yīng)的轉(zhuǎn)換，將有約束的優(yōu)化轉(zhuǎn)化成無約束的優(yōu)化，而相關(guān)的計算、方式有拉式乘子法、powell 法等。其次，依據(jù)可靠度而開始進行房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化基本模型，以及在設(shè)計時運用的相應(yīng)的計算方式，為了可以更好地實現(xiàn)其效果，能夠?qū)⑦@些編纂成一個運算速度較快而且功能全面的綜合性、科學(xué)性的應(yīng)用程序。這樣能使整個優(yōu)化設(shè)計更加全面地、有效率地進行實施。

3、對統(tǒng)計結(jié)論進行分析

設(shè)計人員在進行了各種計算之后，要對統(tǒng)計結(jié)果進行認真的分析，并且找出各個設(shè)計方案中不同點和相同點，并且結(jié)合總體的設(shè)計情況和進展選擇最佳的設(shè)計方案。設(shè)計人員在進行結(jié)論分析的時候，要注意不要遺漏一些細節(jié)問題。房屋的建設(shè)與設(shè)計是一項耗時長、成本高的項目，它不僅涉及到建設(shè)單位的利益，也涉及到了房屋使用者的利益，設(shè)計人員在把握細節(jié)的基礎(chǔ)上，要注意從宏觀上把握住當事人的利益，這樣才能夠有效的節(jié)約建設(shè)成本，進一步優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)。在進行建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化的時候，設(shè)計人員不僅要避免追求片面的利益，還應(yīng)該避免為了追求設(shè)計創(chuàng)新而忽略了建筑實際情況。

四、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用分析

1、對建筑主體上部結(jié)構(gòu)進行的科學(xué)性優(yōu)化

房屋建筑的上部結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)當建立相應(yīng)的模型并進行系統(tǒng)的優(yōu)化。整個過程第一步就是先合理地設(shè)置剪力墻，保證剪力墻整體的布置是均勻的，這樣使樓層平面剛度的中心點重合于樓層平面質(zhì)量的重心，從而減少地震作用及風(fēng)荷載等對其的破壞性。在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計時，如果條件允許，應(yīng)盡可能地對剪力墻進行大開間的布置，加長剪力墻的墻肢長度，這樣既能減少墻肢的數(shù)量，還能在符合規(guī)范的條件下減少混凝土的使用量。另外，剪力墻內(nèi)的暗柱一般都設(shè)置了鋼筋，如果采用較大的剪力墻就可以減少相對的鋼筋使用數(shù)量，從而相應(yīng)減少的材料成本。然而如果建筑的本身不具有相應(yīng)的條件，而且對于抗震抗壓的要求較高，就不得開間過大的剪力墻。

2、房屋建筑的整體性與局部性優(yōu)化

建筑在設(shè)計過程中都應(yīng)具備相應(yīng)的層次性和復(fù)雜性的特點。從層次性角度來講，建筑體系包含著建筑整體設(shè)計體系、結(jié)構(gòu)相關(guān)體系及安裝體系等，每一個單獨的體系又包含了眾多的下屬體系。在對房屋進行設(shè)計時，設(shè)計者要對每一個下屬系統(tǒng)地進行相應(yīng)的優(yōu)化，沖破關(guān)聯(lián)的橫向性，實現(xiàn)疊加型工程;對于復(fù)雜性角度來講，主要包含選取建筑的材料、選取建筑的零部件等。因此在進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化時要從整體入手，才能真正實現(xiàn)結(jié)構(gòu)整體的設(shè)計優(yōu)化。

3、結(jié)構(gòu)優(yōu)化與建筑優(yōu)化保持協(xié)調(diào)

對于結(jié)構(gòu)設(shè)計既要保證結(jié)構(gòu)的整體性，又要與建筑平面功能緊密配合，這樣才能實現(xiàn)建筑本身的功能與結(jié)構(gòu)相應(yīng)合理性的效果。對于建筑系統(tǒng)來講要保證平面簡潔，墻體與立柱不能有錯位的現(xiàn)象，高度與截面的面積相通。在樓體設(shè)計時，自身受力較多的轉(zhuǎn)角區(qū)域，要選擇高強建材做為承重的材料，從而更好地降低自重。對于結(jié)構(gòu)整體來講要保證重心、剛心、質(zhì)心三者正確交疊，防止扭轉(zhuǎn)的狀況出現(xiàn)。

4、直覺優(yōu)化技術(shù)與建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計

即使對于同一個建筑方案，結(jié)構(gòu)布置方面也可能存在諸多的差異。建筑結(jié)構(gòu)的布置如已經(jīng)確定，即使荷載情況是完全相同，也可以將差異化的分析方法給應(yīng)用進來。在分析過程中，也可以采取差異化的設(shè)計參數(shù)、材料和荷載的取值，對于建筑結(jié)構(gòu)的細部處理，更是存在著諸多的差異。現(xiàn)在建筑結(jié)構(gòu)的計算大多都是靠計算機來完成的，但很多問題都是計算機無法完全解決的，那么就需要靠設(shè)計人員進行科學(xué)的判斷。在判斷的過程中，需要嚴格依據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計的一般規(guī)律，總結(jié)過去的工程實踐經(jīng)驗，這也就是我們所說的概念設(shè)計。因此，設(shè)計師在選擇多種備選方案的過程中，就需要應(yīng)用到概念設(shè)計。

5、建筑壽命優(yōu)化與階段性優(yōu)化。

在建筑的使用年限內(nèi)，需對建筑每一階段進行相應(yīng)的結(jié)構(gòu)方案優(yōu)化。房屋結(jié)構(gòu)的設(shè)計者要考察各個階段的特點，根據(jù)實際情況進行優(yōu)化方式的確定，從而對工程的整體壽命進行科學(xué)的優(yōu)化。這樣，既保證了建筑產(chǎn)品質(zhì)量，又提高了建筑企業(yè)的經(jīng)濟效益。

結(jié)束語

綜上所述，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化對于整個建筑工程的質(zhì)量與美觀都有著重要的促進作用，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法在房屋建筑結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用，在很大程度上促進了建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的科學(xué)性和合理性，因此，有必要不斷加強建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法的廣泛應(yīng)用。

參考文獻：

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旬刊),2013,03:81-82.

[2]鄭智,樂肖軍. 結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化設(shè)計技術(shù)與其在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用[J]. 中國新技術(shù)新產(chǎn)品,2011,04:98.

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【關(guān)鍵詞】結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化設(shè)計技術(shù)；房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計；應(yīng)用

人們對于居住條件及生活環(huán)境的要求不斷提高，相應(yīng)建筑產(chǎn)品的品質(zhì)要求也就不斷提高，這就讓開發(fā)商不斷尋求新的手段滿足顧客需求，而降低工程造價就成為開發(fā)商追求的直接目標，這就需要我們利用結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化設(shè)計技術(shù)方法，提高有限空間、有限資源的最大化效果發(fā)揮，實現(xiàn)經(jīng)濟化、實用性和適用性的良好目標。

1 結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法

賞心悅目的建筑是建筑的美觀與結(jié)構(gòu)設(shè)計相互協(xié)調(diào)密切配合的結(jié)果。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計追求適用、安全、經(jīng)濟、美觀和便于施工五種效果，而建筑設(shè)計優(yōu)化設(shè)計技術(shù)方法的應(yīng)用不但滿足了建筑美觀、造型優(yōu)美的要求又能使房屋結(jié)構(gòu)安全、經(jīng)濟、合理，成為實際意義上的"經(jīng)濟適用"房。從建筑上分析結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法，它主要體現(xiàn)在房屋工程分部結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計和房屋工程結(jié)構(gòu)總體的優(yōu)化設(shè)計量方面。

1.1 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計模型

結(jié)構(gòu)設(shè)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(xué)合理的方法得出最優(yōu)解。結(jié)構(gòu)總體的優(yōu)化建立模型的大致步驟如下：一是設(shè)計變量的合理選擇。通常的設(shè)計變量選擇對設(shè)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(yù)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(jié)構(gòu)可靠度優(yōu)化設(shè)計的約束條件，包括了應(yīng)力約束、裂縫寬度約束、結(jié)構(gòu)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)的彈塑性約束、從可靠指標約束到確定性約束條件等。設(shè)計中，要保證各約束條件必須符合現(xiàn)行規(guī)范的要求。

1.2 結(jié)構(gòu)優(yōu)化計算方案

結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化設(shè)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(shè)定計算方案時，常將有約束條件轉(zhuǎn)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(shè)定后只需編制相應(yīng)適用的運算程序即可得到我們的最終優(yōu)化結(jié)果。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化技術(shù)的實踐應(yīng)用

結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法應(yīng)用于實踐之中，是目前一個比較廣泛的課題，利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化的方法在不改變適用性能的前提下達到降低工程造價的目的。結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化設(shè)計應(yīng)用于項目的整體設(shè)計、前期設(shè)計，舊房改造，抗震設(shè)計等設(shè)計的各分部環(huán)節(jié)，發(fā)揮著巨大的效益。在按照結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的方法及模型進行實踐的過程中，要注意下面的幾個問題。

2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化應(yīng)注意前期參與

因為前期方案的確定直接影響建筑的總投資，而現(xiàn)在存在的普遍問題就是前期方案階段結(jié)構(gòu)設(shè)計并不進行參與，建筑師進行建筑設(shè)計時大多并不考慮結(jié)構(gòu)的合理性以及它的可行性，但是建筑設(shè)計的結(jié)果卻直接對結(jié)構(gòu)設(shè)計造成影響，某些方案可能會增加結(jié)構(gòu)設(shè)計的難度，并使得建筑的總投資提高。如果在方案的初期，結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計就能參與進來，那么我們就能針對不同的建筑類別，選擇合理的結(jié)構(gòu)形式，合理的設(shè)計方案，獲得一個良好的開端。

2.2 概念設(shè)計結(jié)合細部結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化

概念設(shè)計應(yīng)用于沒有具體數(shù)值量化的情況，例如地震設(shè)防烈度，因為它的不確定性，計算式難免與現(xiàn)實有較大的差異，在進行設(shè)計的時候就要采用概念設(shè)計的方法，把數(shù)值作為輔助和參考的依據(jù)。設(shè)計過程中需要設(shè)計人員靈活的運用結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的方法，達到最佳的效果。

與宏觀把握相對應(yīng)的，設(shè)計的過程同時要注意對于細部的結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化，比如現(xiàn)澆板中的異形板拐角處易出現(xiàn)裂縫，可劃分為矩形板。注意鋼筋的選擇，I級鋼和冷軋帶肋鋼市場價格差不多，但是他們的極限抗拉力卻相差很大，所以在塑性滿足要求的情況下，現(xiàn)澆板的受力鋼筋就可選擇冷軋帶肋鋼筋。在做里面設(shè)計的時候，外立面上的懸挑板及配筋，滿足基本的規(guī)范要求即可，達到既安全又經(jīng)濟的目的。

2.3 下部地基基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化

地基基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化首先要選擇合適的方案，如果為樁基礎(chǔ)，那么要根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)條件選擇樁基類型，盡量節(jié)省造價。樁端持力層對灌注樁樁長的選擇影響很大，應(yīng)多進行比較以確定最合適的方案。

3 結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的現(xiàn)實意義

3.1 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計降低總造價

進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)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(chǔ)部分而言，雖然也是各層共用的，但是層數(shù)增加，傳給基礎(chǔ)的荷載將會增大，我們需要增大基礎(chǔ)，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。

3.2 進行結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化提高建筑結(jié)構(gòu)經(jīng)濟性

建筑的層高增加，由于墻體面積和柱體積增加，結(jié)構(gòu)的自重會增加，基礎(chǔ)和柱的承載力相應(yīng)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，這樣當選擇圓形或是越接近于方形時，外墻周長系數(shù)就越小，基礎(chǔ)、外墻砌體、內(nèi)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(jīng)濟性能。

與傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計相比，采用結(jié)構(gòu)設(shè)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(shù)性實現(xiàn)，可以最合理的利用材料性能，使建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)部各單元得到最好的協(xié)調(diào)，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(shè)計對適用、安全、經(jīng)濟、美觀和便于施工的一般要求。通過使用優(yōu)化設(shè)計手段，達到這5個方面的最佳結(jié)合，符合現(xiàn)今建筑商對于建筑結(jié)構(gòu)的效益的需求，也符合市場可持續(xù)發(fā)展的需求。

參考文獻

[1]談建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計[J].建筑科學(xué)，2009(4).

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關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化技術(shù);民用房屋結(jié)構(gòu);設(shè)計;應(yīng)用

Abstract: Structural design optimization technology mainly refers to the design department and design personnel in the construction industry to follow the "economic, reasonable, application of" principle, the use of advanced technology of modern, new technology optimization design of structure and process. This paper is based on the analysis of the technology of structural design optimization, explains its application in the design of civil building structures, to provide some feasible ideas for future building structure optimization settings.

Key words: structural design optimization; civil building structure design; application;

中圖分類號： TB482.2文獻標識碼：A文章編號：

1、前言

近年來，我國建筑業(yè)不斷發(fā)展，取得了一些可喜的成果。但是仍然出現(xiàn)資源浪費嚴重、造價成本過高的現(xiàn)象。這為建筑企業(yè)的未來發(fā)展帶來了隱患。其中建筑結(jié)構(gòu)的造價在建筑項目整體造價上占有很大比例。如何優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)的造價是擺在設(shè)計人員面前的一道難題。結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化技術(shù)的產(chǎn)生正好解決了當前的問題。其設(shè)計原則是：經(jīng)濟、合理、適用，這樣大大降低了建筑工程的造價成本，也為企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟效益和社會效益。

2、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化技術(shù)的應(yīng)用和意義

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化技術(shù)主要應(yīng)用于兩方面：房屋工程分部結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計以及房屋工程結(jié)構(gòu)的總體優(yōu)化設(shè)計。房屋工程分部結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計由四部分組成：基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)方案、結(jié)構(gòu)細部設(shè)計、圍護結(jié)構(gòu)方案、屋蓋系統(tǒng)方案。其中針對以上四部分還具體分為布置、造價分析、選型、受力分析的優(yōu)化設(shè)計。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化主要是根據(jù)設(shè)計圖紙和設(shè)計規(guī)范的要求，結(jié)合具體的工程情況，圍繞“經(jīng)濟、合理、適用”的原則以及經(jīng)濟效益的目標進行結(jié)構(gòu)上的優(yōu)化設(shè)計。

近年來，中國在不斷倡導(dǎo)構(gòu)建可持續(xù)發(fā)展的和諧社會，建筑業(yè)也不例外，更是將經(jīng)濟效益與社會效益的和諧作為重中之重。建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計優(yōu)化正好體現(xiàn)了這種思想，注重將長遠利益與眼前利益結(jié)合起來，發(fā)展可持續(xù)性的新型建筑結(jié)構(gòu)。其較傳統(tǒng)的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計相比，降低了5%—30%的工程造價。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化技術(shù)主張全面合理的利用設(shè)備材料的性能，完善并協(xié)調(diào)建筑的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，保證建筑的安全性和效用性，達到“經(jīng)濟、合理、適用”的目的。

3、在民用房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中所應(yīng)注意的問題

民用房屋的主要受眾群體為廣大的老百姓。其對住房的要求，更注重經(jīng)濟、適用、美觀、合理、性價比高等因素。所以在對民用房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計時，更應(yīng)該考慮其自身的獨特的要求。

①結(jié)構(gòu)設(shè)計與工程造價

民用建筑樓層的層數(shù)與建筑面積造價有直接聯(lián)系。但是對于房屋工程分部結(jié)構(gòu)的聯(lián)系不大，例如，由于樓層的不斷增多基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)部分的荷載逐漸增大，這就要求不斷增加基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的承載力，但與之相反基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)部分的單位面積的造價會隨著樓層的增加而開始遞減；承重結(jié)構(gòu)一般包括：梁、柱、承重墻等。這些會根據(jù)樓層的變化而增加承載和抗震、承重的能力，因此在造價上也要不斷提高；屋蓋系統(tǒng)不會因為樓層層數(shù)的增加而發(fā)生變化，都可以共用一個屋蓋。

②高層住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計與經(jīng)濟性

樓層的高度與工程造價有著密不可分的關(guān)系。樓層越高，所花費在墻體面積、結(jié)構(gòu)設(shè)計等地方的費用會越高，投入也越大。從優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計的角度分析，降低層數(shù)是節(jié)約能源、節(jié)省材料、縮小日照距離、節(jié)約用地的好方法。

相同建筑面積時，建筑形狀也會影響其結(jié)構(gòu)的造價。所以，一般設(shè)計師傾向于選用矩形作為樓房結(jié)構(gòu)形狀。這是因為矩形的外墻周長系數(shù)最小，外墻內(nèi)外表面裝修、砌體基礎(chǔ)等部位也會減小，同時，矩形受力性能好，造價普遍比其他形狀要低，既方便又實用。

③結(jié)構(gòu)設(shè)計的平面布置與豎向布置

在建筑結(jié)構(gòu)的平面布置上要盡量做到對稱和規(guī)則，減少剛度中心和質(zhì)量中心的差異，以免在水平荷載的重壓下發(fā)生扭轉(zhuǎn)出現(xiàn)斷裂。豎向布置上，要盡量滿足功能需求，做到豎向承重分布均勻，上下貫通，減少扭轉(zhuǎn)層的運用。同時，豎向剛度做到漸變，避免由于突變使水平荷載出現(xiàn)應(yīng)力聚集，影響結(jié)構(gòu)抵抗水平動力 的荷載。

④建筑與用地

高層民用建筑中，整體的建筑面積是各樓層建筑面積的總和。在占地面積固定的情況下，樓層越高，建筑總面積會越多，但平均的單位建筑面積會減少。另外，樓層的高度越高，總高度也會隨之增加，使得房屋的間距有所加大。顯然，樓層數(shù)與用地的節(jié)約量之間沒有本質(zhì)關(guān)系。所以在優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計上可以忽略用地的因素。

4、結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法

賞心悅目的建筑是建筑的美觀與結(jié)構(gòu)設(shè)計相互協(xié)調(diào)密切配合的結(jié)果。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計追求適用、安全、經(jīng)濟、美觀和便于施工五種效果，而建筑設(shè)計優(yōu)化設(shè)計技術(shù)方法的應(yīng)用不但滿足了建筑美觀、造型優(yōu)美的要求又能使房屋結(jié)構(gòu)安全、經(jīng)濟、合理，成為實際意義上的“經(jīng)濟適用”房。從建筑上分析結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法，它主要體現(xiàn)在房屋工程分部結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計和房屋工程結(jié)構(gòu)總體的優(yōu)化設(shè)計量方面。

房屋工程分部結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計包括：基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)方案的優(yōu)化設(shè)計、屋蓋系統(tǒng)方案的優(yōu)化設(shè)計、圍護結(jié)構(gòu)方案的優(yōu)化設(shè)計和結(jié)構(gòu)細部設(shè)計的優(yōu)化設(shè)計。對以上幾個方面的優(yōu)化設(shè)計還包括選型、布置、受力分析、造價分析等內(nèi)容，在實施過程中，還應(yīng)該按照一切從實際出發(fā)的原則，結(jié)合具體工程的實際情況，圍繞房屋建筑的綜合經(jīng)濟效益的目標進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計。進行結(jié)構(gòu)設(shè)計時，應(yīng)在滿足設(shè)計意圖后，盡量使平面布置規(guī)則，縮小剛度和質(zhì)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(zhuǎn)作用。豎直方向上應(yīng)避開使用轉(zhuǎn)換層，減少應(yīng)力集中現(xiàn)象。

①結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計模型

結(jié)構(gòu)設(shè)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(xué)合理的方法得出最優(yōu)解。結(jié)構(gòu)總體的優(yōu)化建立模型的大致步驟如下：一是設(shè)計變量的合理選擇。通常的設(shè)計變量選擇對設(shè)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(yù)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(jié)構(gòu)可靠度優(yōu)化設(shè)計的約束條件，包括了應(yīng)力約束、裂縫寬度約束、結(jié)構(gòu)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)的彈塑性約束、從可靠指標約束到確定性約束條件等。設(shè)計中，要保證各約束條件必須符合現(xiàn)行規(guī)范的要求。

②結(jié)構(gòu)優(yōu)化計算方案

結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化設(shè)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(shè)定計算方案時，常將有約束條件轉(zhuǎn)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(shè)定后只需編制相應(yīng)適用的運算程序即可得到我們的最終優(yōu)化結(jié)果。

5、結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計在民用建筑機構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用

①概念設(shè)計優(yōu)化技術(shù)和建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計

概念設(shè)計優(yōu)化是設(shè)計師在設(shè)計結(jié)構(gòu)之前結(jié)合實際的建筑經(jīng)驗對建筑的結(jié)構(gòu)進行合理性的、多方案的一種“理想化“設(shè)計。它更注重對同一建筑方案的不同結(jié)構(gòu)布置設(shè)計；對同一分析中的設(shè)計參數(shù)、荷載取值的不同；對建筑細節(jié)的不同處理；對同種荷載情況下的不同分析方式。見圖1

圖1優(yōu)化技術(shù)設(shè)計的流程

②概念設(shè)計處理的實際建筑設(shè)計問題

概念設(shè)計優(yōu)化的關(guān)鍵內(nèi)容在于如何應(yīng)對建筑物可能出現(xiàn)的不確定因素。例如：我國是一個地震高發(fā)地區(qū)，每年因為地震所發(fā)生的樓房倒塌所造成的人員傷亡很多。地震超強的破壞力和無法預(yù)測性是我們在結(jié)構(gòu)設(shè)計中必須考慮的，采取一定的防震措施，加強設(shè)計結(jié)構(gòu)的抗壓性以及抗震性，提高遇到災(zāi)害的防御能力。具體設(shè)計如下：采取多道設(shè)防思想，使次要構(gòu)件先發(fā)生損壞，減耗部分地震能量，增加人員生還的機會，盡可能降低地震所帶來的損失。多道設(shè)防思想在整個設(shè)計過程中十分重要，應(yīng)作為重要的指導(dǎo)思想貫徹其中；采取對稱、剛度均勻的結(jié)構(gòu)，減少地震對結(jié)構(gòu)的不利影響，保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和固定性；采取延性設(shè)計，增加韌性，防止結(jié)構(gòu)在地震中出現(xiàn)脆性破壞，帶來不必要的人員傷亡。

6、總結(jié)

建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計是建筑工程中對實用性和經(jīng)濟性的完美追求，更是現(xiàn)今建筑行業(yè)高科技、高環(huán)保，現(xiàn)代化的體現(xiàn)。合理運用建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，強化資源配置，使各環(huán)節(jié)，各資源都呈現(xiàn)和諧，達到經(jīng)濟效益和社會效益的雙豐收。

參考文獻：

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篇8

【關(guān)鍵詞】建筑結(jié)構(gòu)；結(jié)構(gòu)設(shè)計；優(yōu)化方法

一、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法的現(xiàn)狀

隨著人們對生活品質(zhì)的追求不斷提高，對于建筑而言已經(jīng)不僅僅停留在滿足實用性和安全性方面，而是追求經(jīng)濟性和美觀性等其他因素綜合方面的更高水平。

（一）設(shè)計優(yōu)化方法的現(xiàn)狀

由于近年來經(jīng)濟的快速發(fā)展，人們的居住水平越來越高，對于高品質(zhì)的居住環(huán)境需求越來越大。設(shè)計師在設(shè)計環(huán)節(jié)時需要考慮到各方面成本的因素，兼顧房屋結(jié)構(gòu)的科學(xué)性和合理性。 現(xiàn)代的設(shè)計師不僅要有專業(yè)的設(shè)計方面知識，而且還要結(jié)合當今社會推出新穎別致的設(shè)計，才能保證設(shè)計出來方案更加的合理，更加的具有可操作性。結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化工作的靈魂就是科學(xué)合理的結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案設(shè)計。結(jié)合當今飛速的科學(xué)技術(shù)，科學(xué)技術(shù)水平以及設(shè)計理念，融入到房屋設(shè)計的結(jié)構(gòu)中，充分考慮到房屋結(jié)構(gòu)周圍的配套諸元，對周邊環(huán)境因素進行全面的了解，尤其是對人文環(huán)境進行實地考察，這樣就能將房屋結(jié)構(gòu)的各項數(shù)據(jù)進行精確控制，并對房屋結(jié)構(gòu)的設(shè)計進行優(yōu)化，使房屋結(jié)構(gòu)更具人文性和實用性。

（二）建筑設(shè)計優(yōu)化過程中存在的問題

在房屋設(shè)計的過程中，很難把握的一個問題就是，對諸多元素的一個平衡，不能一味的追求低成本，而忽略對美觀性的設(shè)計和安全性的把控，避免出現(xiàn)顧此失彼的結(jié)果，找到兼顧各種元素的最佳平衡點，這才是設(shè)計優(yōu)化方法的初衷。另外在設(shè)計過程中，需要注意很多細節(jié)的問題，針對細節(jié)差錯要進行逐一的篩選、審核，避免影響整體房屋設(shè)計的觀賞性和實用性。再有像前文提到的，由于人們生活水平和生活質(zhì)量逐步提升，人們對住房的要求具體到每一個設(shè)計的細節(jié)，這對于房屋設(shè)計的實用性、觀賞性、新穎性的考驗越來越嚴苛，結(jié)果就導(dǎo)致房屋的設(shè)計優(yōu)化人員不得不發(fā)散思維，激發(fā)靈感，才能更好地設(shè)計規(guī)劃房屋結(jié)構(gòu)和內(nèi)部布局，使設(shè)計方案更加的精準，讓人們更滿意房屋結(jié)構(gòu)的設(shè)計。

二、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化策略

（一）構(gòu)建設(shè)計模型

在構(gòu)建模型時，將設(shè)計的限制性條件提前規(guī)劃好，比如建筑結(jié)構(gòu)的規(guī)劃尺寸、建筑物的整體強度、預(yù)應(yīng)力參數(shù)的臨界點等方面。在設(shè)計的前期工作中，應(yīng)當熟知這些限制條件，按照設(shè)計優(yōu)化方法來優(yōu)化設(shè)計方案，從而才能保證各項限制條件符合建筑構(gòu)造標準，符合實際操作的具體要求。結(jié)構(gòu)優(yōu)化的具體數(shù)據(jù)主要是通過構(gòu)建結(jié)構(gòu)優(yōu)化的模型計算出來的，通過一定比例的換算，使用精確地函數(shù)模型，提煉其中的相關(guān)變量，從而得出最佳的結(jié)構(gòu)設(shè)計方法。

（二）優(yōu)化計算方案

一套完整而且合理的設(shè)計方案主要就是依靠科學(xué)的設(shè)計優(yōu)化方法，在優(yōu)化過程中個匯總各項參數(shù)，而且各項參數(shù)也是復(fù)雜多變的，在優(yōu)化設(shè)計方案時，常常將約束性數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為無限制的問題，綜合多種計算方法優(yōu)化出更為合理的設(shè)計方案。結(jié)合房屋具體實際應(yīng)用情況，從房屋的整體結(jié)構(gòu)出發(fā)，既要考慮到設(shè)計完成后的功能性要求，還要兼顧到平面布局的規(guī)模進行優(yōu)化，合理地設(shè)計建筑整體布局和占地，精確計量建筑的質(zhì)量中心和剛度之間差距，確保均衡力度的承載方向。

三、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法的運用

在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中合理的運用建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計方法既實現(xiàn)了降低成本的目標，又能使建筑結(jié)構(gòu)達到更為合理的初衷，有利于將經(jīng)濟效益與社會效應(yīng)相結(jié)合，滿足人們居住的多方面要求，達到最優(yōu)的設(shè)計理念。一般來說，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法一般運用到建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的前期設(shè)計環(huán)節(jié)、基礎(chǔ)地基設(shè)計、節(jié)能指標設(shè)計、對已有建筑的整體改造方案、結(jié)構(gòu)的抗震效果設(shè)計等等。

（一）前期的設(shè)計環(huán)節(jié)

能夠?qū)ㄖ锂a(chǎn)生決定性作用的環(huán)節(jié)就是前期的設(shè)計環(huán)節(jié)，它是決定方法的總體規(guī)劃的前提，也影響著建筑物的總投資資本，是定位建筑服務(wù)功能的基本依據(jù)。然而目前的設(shè)計方案，很少在前期的建筑設(shè)計環(huán)節(jié)中運用設(shè)計優(yōu)化方法，在前期的設(shè)計中往往會忽略結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性和科學(xué)性，這些失誤會對建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計造成很多負面影響，甚至?xí)绊懙浇ㄖ膶嵱眯院桶踩缘闹匾枨蟆Ｔ谇捌谠O(shè)計中運用較為合理設(shè)計方案、選擇可行的結(jié)構(gòu)形式，規(guī)劃合理的設(shè)計方案，為科學(xué)、使用的建筑打下堅實的基礎(chǔ)。

（二）建筑地基的結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化

加強建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中的運用，希望能夠設(shè)計出更加符合以人為本的科學(xué)房屋結(jié)構(gòu)。建筑物的地基是整體結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵部分，也是優(yōu)化設(shè)計的關(guān)鍵部分，只有完成好地基的結(jié)構(gòu)設(shè)計實現(xiàn)最優(yōu)設(shè)計，才能保證后續(xù)的施工設(shè)計優(yōu)化。根據(jù)其建筑物的整體規(guī)劃、服務(wù)功能不同，地基的施工優(yōu)化法法也不同，結(jié)合實際建筑特點，精確測量地形數(shù)據(jù)，在優(yōu)化時首先考慮建筑物穩(wěn)定性作為前提，再兼顧人文形態(tài)，其次還要兼顧工程的成本造價，從而優(yōu)化出最佳的施工方案。

（三）節(jié)能指標的結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方法在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中的運用主要是為了提升房屋建筑的整體效益，滿足人們的建筑需求，降低工程造價，實現(xiàn)觀賞性和實用性的最佳平衡。選擇節(jié)能指標較高的結(jié)構(gòu)設(shè)計是比較明智的選擇，一般的建筑結(jié)構(gòu)形式分為三種，即框架結(jié)構(gòu)、短肢剪力墻結(jié)構(gòu)和框架與剪力墻相結(jié)合的結(jié)構(gòu)?？拐鹦Ч詈玫木褪强蚣芙Y(jié)構(gòu)，選用的材料不是很多；柱截面較多的是第二種短肢剪力墻結(jié)構(gòu)，但是這種結(jié)構(gòu)會影響建筑物內(nèi)部家具的選用和布局；即抗震效果好又不影響家具布局的就是第三種結(jié)構(gòu)設(shè)計，綜合適應(yīng)性比較強。這三種方案結(jié)合成本因素進行考慮，各有優(yōu)劣，這就需要建筑設(shè)計的優(yōu)化方法根據(jù)實際情況決定最佳的設(shè)計方案。

結(jié)語：

將建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法應(yīng)用于房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中，能夠?qū)崿F(xiàn)提高建筑結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟性、降低工程總造價的目標。選擇科學(xué)合理的建筑材料，將優(yōu)化設(shè)計方法運用前期設(shè)計、建筑地基設(shè)計、節(jié)能指標選擇等諸多環(huán)節(jié)，不僅能節(jié)約建筑工程成本，而且還能使建筑物實現(xiàn)美觀性與功能性的統(tǒng)一，實現(xiàn)更好的經(jīng)濟和社會效益，更加符合科學(xué)發(fā)展觀、可持續(xù)發(fā)展理念的要求。

參考文獻：

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【關(guān)鍵字】房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計；建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計；優(yōu)化方法；意義

1 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的基本理論

對于房屋建筑本身來講，給人們提供一個良好與舒適的生活環(huán)境，使得人們免受風(fēng)吹日曬，從而保證人們的學(xué)習(xí)效率與工作效率，這是房屋的功能價值；而房屋本身的美觀性能夠符合人們的審美需求，并且使得房屋本身與周圍一些物體良好地結(jié)合起來，形成一個有機的整體，這是房屋的美學(xué)價值。而對于房屋建筑設(shè)計人員來講，如何將房屋的功能價值與美學(xué)價值統(tǒng)籌起來，是房屋設(shè)計質(zhì)量優(yōu)良的關(guān)鍵所在，因此一個優(yōu)良的房屋建筑設(shè)計師應(yīng)該引入房屋建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的理念，并且充分考慮房屋的功能價值與美學(xué)價值，進而尋求出一個最佳的房屋優(yōu)化方案，從而設(shè)計出滿足建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化要求與人們需求的房屋建筑。

所謂的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化是指在進行房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中引入先進的設(shè)計理念，采用合理與科學(xué)的方式選擇出最佳的設(shè)計方案，從而使得設(shè)計出的房屋建筑在各項標準上都能夠達到最佳的標準。而建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化主要分為房屋建筑的各部分設(shè)計優(yōu)化以及整體設(shè)計的優(yōu)化，而對于房屋建筑來講是一個由許多部分組成的一個有機的整體，那么在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方面，整體設(shè)計的優(yōu)化就顯得尤為重要，只有重視房屋建筑結(jié)構(gòu)整體設(shè)計的優(yōu)化，才能夠使房屋建筑結(jié)構(gòu)的各個部分有機地結(jié)合在一起，相互協(xié)調(diào)，成為一個整體，才能夠使得設(shè)計出來的房屋更具完善性。

在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化方案上，應(yīng)該遵從做到更好的理念，不斷使房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計更加完善。而對于具體的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方案來講，首先應(yīng)該保證房屋的性能與房屋結(jié)構(gòu)的良好性與結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，在此基礎(chǔ)之上，不斷引進先進的設(shè)計方案，對設(shè)計方案進行不斷的探索與創(chuàng)新，從而設(shè)計出更加優(yōu)秀的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方案。

2房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化技術(shù)的重要意義

隨著人們對房屋建筑的要求逐漸提高以及市場中競爭的不斷增加，對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計進行優(yōu)化具有十分重要的意義，通過對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計進行優(yōu)化不僅可以大大增加房屋建筑本身的美觀性，使得房屋建筑結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，從而增加其本身的實用性，這樣會大大增加房屋建筑本身在市場中的競爭優(yōu)勢；而且在一定程度上能夠?qū)Ψ课萁ㄖ墓こ淘靸r進行嚴格與合理的控制，從而使得建筑企業(yè)對房屋建筑工程的投資減小到最小，進而實現(xiàn)了建筑企業(yè)盈利的最大化，因此就必須對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計進行優(yōu)化。

除此之外，在對結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化和傳統(tǒng)房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計的比較中可以看出：經(jīng)過結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的房屋建筑要比傳統(tǒng)的房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計所投入的工程造價節(jié)省6%―35%，而且應(yīng)用結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化技術(shù)能夠使得整個房屋建筑中的各個組成部分得到合理與最佳的協(xié)調(diào)，從而保證房屋建筑整體的美觀性與統(tǒng)一性。除此之外，結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化技術(shù)還能夠?qū)ㄔ旆课莸牟牧线M行合理的利用，從而不僅僅大大增加了房屋建筑的質(zhì)量與安全系數(shù)，而且通過對建筑材料利用的最大化實現(xiàn)了房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中的經(jīng)濟性與實用性的理念。

3 房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的具體措施

3.1 設(shè)計結(jié)構(gòu)模型

對于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化，首先應(yīng)該縱觀房屋建筑的整體，將房屋建筑整體結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化作為整個結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的重點，那么就應(yīng)該設(shè)計房屋建筑的模型。其具體的方法與步驟主要如下：

（1）由于在具體的房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中是一個十分復(fù)雜的過程，要充分考慮到各種因素對房屋建筑結(jié)構(gòu)的影響，因此在變量的選擇上要具有合理性與科學(xué)性，這就需要房屋設(shè)計師在對參考指標進行選擇的過程中不應(yīng)該選擇影響因數(shù)較多或者變化幅度較大的參數(shù)，這樣就可以盡可能地避免外界一系列因素的影響，從而能夠十分準確并且十分迅速地找出最佳的參數(shù)取值。

（2）充分考慮各個房屋建筑的實際情況，選擇出最適合此房屋建筑的函數(shù)來進行對房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計的輔助運算。在對房屋結(jié)構(gòu)進行設(shè)計的過程中，設(shè)計師可以對事先設(shè)計出的一些函數(shù)進行計算，例如：房屋橫截面尺寸的函數(shù)和鋼筋尺寸面積的函數(shù)等，通過事先預(yù)算，要找出最經(jīng)濟與適合的一組函數(shù)，從而不僅可以保證建筑材料的 合理利用，而且在一定程度上可以大大節(jié)省投資的浪費，達到節(jié)省成本的作用。

（3）要對條件進行準確與詳細的測量。對房屋建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計中，保證房屋建筑的質(zhì)量與安全系數(shù)是建造房屋的基礎(chǔ)，因此對于房屋設(shè)計人員來講，應(yīng)該首先保證房屋質(zhì)量性與房屋結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，要與房屋本身的具體情況有機結(jié)合起來，充分考慮與注意到在房屋建筑實際的施工中與實現(xiàn)對房屋結(jié)構(gòu)進行設(shè)計的差異，從而設(shè)計出能夠更加負責(zé)要求與標準的最佳房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方案。

3.2 決定計算方法

對于房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的整個過程來講，其本身就是一個十分復(fù)雜的過程，而要想找出最佳的房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，就必須要對所有的數(shù)據(jù)以及條件進行詳細與準確的計算，通過對各個計算結(jié)果進行比較進行得出最佳的房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計方案。在此期間所要計算的數(shù)據(jù)與方法是十分繁瑣與復(fù)雜的，那么就會消耗大量的時間，并且一旦在計算過程出現(xiàn)失誤或錯誤，就會給最后的方案選擇帶來一定的誤差。因此，在對數(shù)據(jù)以及條件進行詳細與準確計算的過程中應(yīng)該充分結(jié)合房屋建筑的實際情況，找出可以將問題進行簡單化的計算方法，從而不僅可以大大提高計算的準確度，還可以節(jié)省大量的時間，從而提高對房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的效率。

3.3 選擇最優(yōu)程序

在對設(shè)計完房屋建筑結(jié)構(gòu)模型與選擇出最佳的 計算方法之后，就需要相關(guān)設(shè)計人員充分結(jié)合上面的兩個步驟選擇出最佳的房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的程序，進而保證房屋建筑過程中各個功能的完善性與正常的運轉(zhuǎn)，從而可以提高房屋建筑的整體工作效率，這對于房屋建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計來講具有十分重要的作用。

3.4 分析統(tǒng)計結(jié)論

在相關(guān)設(shè)計人員對各種數(shù)據(jù)進行計算并且得出相應(yīng)的計算結(jié)果之后要對這些數(shù)據(jù)進行詳細與綜合的分析統(tǒng)計，要把握整個房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的全局，充分考慮到各個設(shè)計方案的優(yōu)點與缺點，并選擇出一套最佳的設(shè)計方案。

4結(jié)語

總而言之，房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化是一個繁瑣而且復(fù)雜的過程，它不僅可以保證房屋建筑的良好質(zhì)量與建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，還可以在大大增加房屋建筑的美觀性的前提下，將投資成本控制在最小，從而不僅滿足了人們?nèi)找嬖鲩L的需求，還在一定程度上實現(xiàn)了建筑企業(yè)盈利的最大化。因此房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化對于當今房屋建筑來講是十分重要的。

參考文獻：

[1] 周宏偉.芻議房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法的應(yīng)用[J].四川水泥，2014，（12）：283-283，286.

[2] 常青.淺談房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法的實際應(yīng)用[J].新材料新裝飾，2014，（8）：459-459.

篇10

關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)設(shè)計；建筑結(jié)構(gòu)；優(yōu)化技術(shù)；應(yīng)用

中圖分類號：S611 文獻標識碼：A 文章編號：

1.結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法

完美的建筑是在滿足人們使用功能及視覺感受的前提下，充分滿足使用者和社會所期望的各種要求。依據(jù)設(shè)計的要求，把力學(xué)概念與結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計進行有機結(jié)合，讓參與計算的量部分可以以變量部分出現(xiàn)，進而形成結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方案域，運用數(shù)學(xué)手段，在域中找到可以滿足要求的結(jié)構(gòu)優(yōu)化最佳設(shè)計方案。由此可見，結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計不僅可以提高整體設(shè)計水量及設(shè)計質(zhì)量，還可縮短設(shè)計周期，從而降低整體工程造價，提高經(jīng)濟及社會效益。房屋工程分部結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計包括：基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)方案的優(yōu)化設(shè)計、屋蓋系統(tǒng)方案的優(yōu)化設(shè)計、圍護結(jié)構(gòu)方案的優(yōu)化設(shè)計和結(jié)構(gòu)細部設(shè)計的優(yōu)化設(shè)計。對以上幾個方面的優(yōu)化設(shè)計還包括選型、布置、受力分析、造價分析等內(nèi)容，在實施過程中，不僅要按照一切從實際出發(fā)的原則，更應(yīng)該結(jié)合具體工程的實際情況，圍繞房屋建筑的綜合經(jīng)濟效益的目標進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計。在滿足設(shè)計要求后，在進行結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)該盡量縮小剛度、質(zhì)量中心的差異使平面布置規(guī)則，水平荷載就不會使建筑物有太大的扭轉(zhuǎn)作用。為降低應(yīng)力集中，豎直方向上應(yīng)避開使用轉(zhuǎn)換層。

結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的本質(zhì)以力學(xué)理論和數(shù)學(xué)規(guī)劃理論為理論基礎(chǔ)，以計算機技術(shù)為工具，對建筑結(jié)構(gòu)涉及到的各個變量進行尋找優(yōu)化決策的先進的設(shè)計方法，其本質(zhì)就是求極值問題。（1）優(yōu)化數(shù)學(xué)模型。建立正確合理的優(yōu)化數(shù)學(xué)模型是結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的關(guān)鍵步驟，基于正確的優(yōu)化數(shù)學(xué)模型是得到正確優(yōu)化結(jié)果的基礎(chǔ)。例如，在優(yōu)化模型中，數(shù)學(xué)模型中的等式約束個數(shù)應(yīng)當小于設(shè)計變量的個數(shù)，這樣才能求得最優(yōu)解。（2）優(yōu)化數(shù)學(xué)算法和優(yōu)化迭代控制。對于建立的優(yōu)化數(shù)學(xué)模型，雖然可用的優(yōu)化算法有多種，但是采用不同的優(yōu)化算法所得到的優(yōu)化效果和所花費的求解時間會有差別。所以，快速、有效的數(shù)學(xué)優(yōu)化算法也是結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的一項關(guān)鍵技術(shù)。（3）結(jié)構(gòu)分析方法。絕大多數(shù)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計問題難以采用解析法求解，而是采用數(shù)值法的方法。數(shù)值解的尋優(yōu)實際上是一個優(yōu)化迭代過程，而每次優(yōu)化迭代都需要進行結(jié)構(gòu)分析。實現(xiàn)以上提到的關(guān)鍵技術(shù)需要經(jīng)過建立可靠的優(yōu)化模型，然后采用適當?shù)膬?yōu)化算法進行求解。這其中選擇計算簡便且正確率高的優(yōu)化算法顯得尤為重要。

2民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計和經(jīng)濟性的關(guān)系

第一點，結(jié)構(gòu)設(shè)計和用地之間的關(guān)系。在多層或者高層的民用建筑中，我們常說的總建筑的面積具體講是每層的建筑面積之和，如果層數(shù)越多，那么單位建筑的面積分攤的占地面積相應(yīng)的就會越小。然而隨著層數(shù)日益變多，總體住宅高度也會不斷上升，隨之屋子間的距離也相應(yīng)的變大。通過這一闡述我們了解到，用地節(jié)約的多少并不會根據(jù)建筑樓層增加而按一定的約數(shù)變高。

第二點，結(jié)構(gòu)設(shè)計和造價之間的關(guān)系。一般建筑的樓層會在一定程度上影響到單位建筑的面積，但對每部分的結(jié)構(gòu)來講，具體的影響程度是不一樣的。在屋蓋的區(qū)域，無論有多少層，都統(tǒng)一使用統(tǒng)一相同的房屋蓋。它跟層數(shù)增加無關(guān)，所以對屋蓋的資金投入也不會加大。因此，屋蓋處的單位面積資金投入會根據(jù)層數(shù)的不斷上升而表現(xiàn)出很明顯的降低。在建筑的基礎(chǔ)處，每層都共同使用一個基礎(chǔ)，因此隨著層數(shù)不斷增加，相應(yīng)的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)承受的荷重就會增加，因此我們必須要增加基本的荷載力?；A(chǔ)地區(qū)的單位開銷雖然會根據(jù)層數(shù)的增加而呈現(xiàn)出降低的意思，但是這種意思并不像屋蓋那樣如此明顯。一些承重體，比如墻、梁或者柱等，會隨著層數(shù)的不斷增加而不斷地增加荷載能力以及抗震能力等，相應(yīng)的這些分部的單位房屋造價會有一定的提升。

第三點，高層住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計與經(jīng)濟性的關(guān)系。一般而言，住宅層數(shù)高矮將本質(zhì)的影響住宅開銷，其根本原因乃是伴隨層高不斷上升，墻體面積和柱體積也會慢慢上升，而且會加大結(jié)構(gòu)自重，進而還會增加柱以及基礎(chǔ)承受荷載力，于是讓電氣以及水衛(wèi)的管線同比例變長。如果將層高降低，那么可以有效地節(jié)省材料物資，而且還可以節(jié)約能源等，對于抗震非常有利，能最大程度的節(jié)約金錢輸出。另一方面，減少層高不但可以降低房屋的高矮，有效地縮小建筑和建筑間日照的距離，所以降低層高也在一定程度上對于節(jié)約土地資源有很大的作用。

3結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化技術(shù)應(yīng)用實踐

結(jié)構(gòu)方案的建立過程即工程結(jié)構(gòu)設(shè)計。伴隨急速更新發(fā)展的計算機硬、軟件產(chǎn)業(yè)，憑借計算機、力學(xué)、數(shù)學(xué)一系列方法，將結(jié)構(gòu)設(shè)計做到最優(yōu)化技術(shù)推廣。結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計及傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計其設(shè)計原則和過程是相同的，不同之處在于傳統(tǒng)設(shè)計缺少安全、經(jīng)濟性作為衡量準則。最優(yōu)設(shè)計則是在安全、經(jīng)濟準則基礎(chǔ)之上，利用計算機作為輔助技術(shù)，非常便利地實現(xiàn)了分析計算、設(shè)計、出效果圖等整套程序的自動化，大大提升了設(shè)計整體效果及質(zhì)量。為了達到降低工程造價之目地，在不更改使用性能的基礎(chǔ)之上，就要對結(jié)構(gòu)進行最優(yōu)化設(shè)計。由此可見結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)是較為寬廣的課題之一。它不僅應(yīng)用于項目的前期、整體、抗震設(shè)計，在舊房改造期間的各個環(huán)境均有廣泛應(yīng)用。結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化技術(shù)在應(yīng)用實踐中應(yīng)注意的問題如下：

3.1前期方案設(shè)計期間將結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化參與其中

建筑方案設(shè)計前期如有一個優(yōu)秀的、合理的設(shè)計方案，并參與結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化，就會爭取到非常優(yōu)秀的開端。但目前在前期設(shè)計方案中結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化參與其中的并不多，如果能對建筑類別有所針對，并進行合理選擇結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方案，將降低建筑的總投資成本，因此在建筑方案設(shè)計初期應(yīng)注意建筑方案的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，考慮結(jié)構(gòu)的合理及可行性。

3.2概念設(shè)計結(jié)合細部結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化

概念設(shè)計主要作用于無具體數(shù)值量化現(xiàn)象，比如無確定性的地震設(shè)防烈度，現(xiàn)實難免與計算式存在區(qū)別，那么設(shè)計時應(yīng)采取概念設(shè)計方法，使數(shù)值成為輔助及參考根據(jù)。為達到最佳優(yōu)化設(shè)計效果，設(shè)計人員應(yīng)該靈活運用結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方案。與宏觀把握相對應(yīng)的，設(shè)計的過程同時要注意對于細部的結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化，比如現(xiàn)澆板中的異形板拐角方向容易出現(xiàn)的裂縫，可歸結(jié)為矩形板。鋼筋選擇時應(yīng)注意：I級鋼和冷軋帶肋鋼市場價格差不多，但是他們的極限抗拉力相差卻相當大，所以在塑性滿足要求的情況下，現(xiàn)澆板的受力鋼筋就可選擇冷軋帶肋鋼筋。在做里面設(shè)計的時候，外立面上的懸挑板及配筋，應(yīng)在滿足基本規(guī)范要求之上，以達到安全、經(jīng)濟之目的。

3.3結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化———下部地基基礎(chǔ)

樁基礎(chǔ)類型的選擇，要依據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)條選擇最為合適的結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方案，以降低工程總造價為目的。例如對灌注樁樁長的選擇影響較大的樁端持力層的選擇，要多進行比較，最終確定最為合適的方案。

4結(jié)束語

我們常說，建筑是凝固的藝術(shù)，好的建筑師總希望可以通過建筑來合理的表達本身設(shè)計意圖，希望擁有藝術(shù)性以及實用性能的美妙融合。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計師們應(yīng)嚴格遵“安全、經(jīng)濟、合理”的設(shè)計理念，努力探索更合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，保證建筑工程取得良好的經(jīng)濟效益和質(zhì)量效益。

參考文獻：