王桂英

摘要：當(dāng)前我國城市化進(jìn)程不斷加快，建筑項(xiàng)目工程越來越多，施工難度越來越大，因此建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員必須盡職盡責(zé)，切實(shí)采取科學(xué)合理的設(shè)計(jì)方案，為建筑結(jié)構(gòu)提供安全保障。本文筆者對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)進(jìn)行了分析探討，希望對(duì)相關(guān)從業(yè)人員具有借鑒意義。

關(guān)鍵詞：建筑，結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)，優(yōu)化

一、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化概述

1.優(yōu)化數(shù)學(xué)模型的建設(shè)

數(shù)學(xué)模型在建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的過程中有著非常重要的作用，在保證優(yōu)化數(shù)學(xué)模型的科學(xué)合理的基礎(chǔ)上，理由優(yōu)化數(shù)學(xué)模型能夠?qū)υ械脑O(shè)計(jì)分析目的進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，從而對(duì)優(yōu)化設(shè)計(jì)的結(jié)果進(jìn)行保證。

2.建筑質(zhì)量安全

建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化的一個(gè)主要目的是對(duì)房屋建筑結(jié)構(gòu)的造價(jià)進(jìn)行控制，另外，通過建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)能夠?qū)Ψ课萁ㄖ幕竟δ芎褪孢m度等方面的需求進(jìn)行滿足，使得建筑能夠在美觀度和質(zhì)量等方面得到保證。在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的過程中，不能對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和剛度中心等方面進(jìn)行隨意的更改，從而保證建筑在水平載荷的作用下來不會(huì)發(fā)生較大的變形。通常會(huì)利用對(duì)稱的規(guī)則來進(jìn)行建筑平面結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，通過對(duì)豎直方向上承重構(gòu)件的上下貫通來進(jìn)行設(shè)計(jì)。

3.數(shù)學(xué)算法的選優(yōu)

建立的優(yōu)化數(shù)學(xué)模型不一定是最合適的，所以在應(yīng)該多建立一些優(yōu)化數(shù)學(xué)模型，從這些優(yōu)化數(shù)學(xué)模型中進(jìn)行選優(yōu)，保證優(yōu)化數(shù)學(xué)算法的科學(xué)合理。另外還需要對(duì)優(yōu)化數(shù)學(xué)算法的選優(yōu)，通過對(duì)優(yōu)化數(shù)學(xué)算法的選優(yōu)能夠?qū)ㄖY(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的效果進(jìn)行保證。

二、房建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法之模型的建立

1.確立設(shè)計(jì)變量參數(shù)

在最終設(shè)計(jì)方案確定的過程中變量的選擇有著重要的作用，在進(jìn)行模型建立的過程中需要根據(jù)設(shè)計(jì)變量的參數(shù)進(jìn)行選擇，在選擇的時(shí)候主要根據(jù)參數(shù)是否對(duì)總體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大的影響，是否產(chǎn)生較大的變化幅度，盡量選擇一些考慮因素較少的參數(shù)，這樣能夠?qū)Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化過程中計(jì)算的難度進(jìn)行降低。

2.確定相關(guān)目標(biāo)函數(shù)

在目標(biāo)函數(shù)確定的過程中，需要根據(jù)重要性來對(duì)各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行屬性的劃分，通過對(duì)一些影響不大的參數(shù)的選擇，能夠?qū)瘮?shù)模型的計(jì)算量進(jìn)行調(diào)節(jié)控制。確定目標(biāo)函數(shù)之后就需要根據(jù)相應(yīng)的條件來對(duì)最優(yōu)解進(jìn)行計(jì)算和分析，根據(jù)房屋建筑在結(jié)構(gòu)的應(yīng)力、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和裂縫寬度等方面的約束條件進(jìn)行設(shè)計(jì)的優(yōu)化，確保結(jié)構(gòu)的合理性。

3.衡量條件

正是因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法中的變量和約束條件較多，所以導(dǎo)致了存在較大的可變性。在約束條件方面，主要包括房屋建筑的受力限度、架構(gòu)穩(wěn)定性和尺寸等方面的約束條件。設(shè)計(jì)優(yōu)化的過程中需要對(duì)施工和目標(biāo)確定兩個(gè)方面的約束條件進(jìn)行比較和分析，保證約束條件的合理性，保證設(shè)計(jì)優(yōu)化的效果。在設(shè)計(jì)優(yōu)化的時(shí)候應(yīng)該盡量降低優(yōu)化難度，可以利用約束條件的相互轉(zhuǎn)化來進(jìn)行更加方便的計(jì)算，可以根據(jù)情況來進(jìn)行計(jì)算方法的選擇，加上對(duì)計(jì)算機(jī)軟硬件的應(yīng)用，能夠更加科學(xué)有效地進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化。

三、建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法的應(yīng)用

研究建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)具有一定的實(shí)踐意義，在建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的過程中在保證試用性能的基礎(chǔ)上來對(duì)工程造價(jià)進(jìn)行控制那個(gè)會(huì)。在建筑項(xiàng)目的整體設(shè)計(jì)和前期設(shè)計(jì)中結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化有著廣泛的應(yīng)用，另外在抗震設(shè)計(jì)和舊房改造等方面也有著一定的應(yīng)用，能夠充分的保證工程項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益。

1.加強(qiáng)對(duì)前期參與的重視

建筑工程項(xiàng)目的前期方案對(duì)整個(gè)建筑項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益有著很大的影響，我國不少地方在進(jìn)行前期方案結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中不會(huì)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，不能很好地對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的合理性和可行性進(jìn)行關(guān)注，這些建筑設(shè)計(jì)會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)產(chǎn)生或多或少的影響，這就會(huì)增加結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的難度，不能很好地對(duì)建筑項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行保證。對(duì)此應(yīng)該在建筑設(shè)計(jì)方案的初期加強(qiáng)對(duì)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的參與，保證能夠針對(duì)不同的建筑類型來合理地進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)形式的選擇，通過對(duì)設(shè)計(jì)方案的合理性的控制來影響建筑工程項(xiàng)目的發(fā)展。

2.下部地基基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化

地基基礎(chǔ)在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的時(shí)候應(yīng)該先對(duì)合適的方案進(jìn)行確定，比如地基基礎(chǔ)為樁基礎(chǔ)的情況下，需要根據(jù)施工地點(diǎn)土質(zhì)條件等方面的因素來對(duì)樁基礎(chǔ)的類型進(jìn)行選擇，從而能夠?qū)κ┕こ杀具M(jìn)行控制。灌注樁樁長容易受到地基樁端持力層的影響，對(duì)此要確保下部地基基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的合理性。

3.滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的多種性能

對(duì)于高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)而言，必須要滿足高層建筑不同的使用要求，同時(shí)還要做到在滿足不同性能要求的基礎(chǔ)之上做出科學(xué)的、合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，確保高層建筑結(jié)構(gòu)能夠在后期的施工和使用過程中實(shí)現(xiàn)安全標(biāo)準(zhǔn)，保障建筑結(jié)構(gòu)可以在較長一段時(shí)間內(nèi)得到安全使用，具體的相關(guān)性能指標(biāo)內(nèi)容包含以下幾個(gè)方面：其一，重視建筑結(jié)構(gòu)的延性設(shè)計(jì)，主要在針對(duì)建筑結(jié)構(gòu)可能發(fā)生倒塌或者是變形的情況而言，特別是對(duì)于高層建筑在面臨地震等自然災(zāi)害的情況下尤其是需要注重建筑設(shè)計(jì)的延性性能，必須在設(shè)計(jì)的過程中表現(xiàn)出建筑結(jié)構(gòu)的柔和度。其二，高層建筑結(jié)構(gòu)的水平力也是一項(xiàng)非常重要的因素，高層建筑結(jié)構(gòu)在某一平面的水平方向會(huì)受到各種荷載的作用，例如風(fēng)荷載、地震荷載等，或者荷載之間的組合作用，會(huì)導(dǎo)致高層建筑在水平方向發(fā)生較大的位移，因此在設(shè)計(jì)的過程中必須對(duì)其進(jìn)行合理的控制。其三，高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的穩(wěn)定性也是一項(xiàng)非常重要的性能指標(biāo)，要想滿足結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性需要注意的地方還是蠻多的，例如最為典型的包括短肢剪力墻設(shè)置的控制。

四、建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法的重要意義

1.保證結(jié)構(gòu)功能性

在工程項(xiàng)目中，通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)能夠?qū)こ痰氖芰π阅?、結(jié)構(gòu)造型和結(jié)構(gòu)材料等方面進(jìn)行優(yōu)化，通過對(duì)方形、圓形、橢圓形等結(jié)構(gòu)進(jìn)行方面平面的設(shè)計(jì)，能夠?qū)Y(jié)構(gòu)的受力情況進(jìn)行優(yōu)化。通過結(jié)構(gòu)功能的優(yōu)化，不但能夠增加建筑物的美觀性和實(shí)用性，而且具有經(jīng)濟(jì)性和安全性。

2.控制造價(jià)

通過對(duì)建筑工程造價(jià)的控制才能更好地對(duì)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行保證，通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)能夠?qū)?0%～30%的工程造價(jià)的節(jié)省，能夠顯著的增加建筑的經(jīng)濟(jì)效益。當(dāng)前我國城市化發(fā)展的過程中涌出了越來越多的高層建筑，高層建筑建設(shè)的過程中會(huì)因?yàn)閷訑?shù)的增加而更需要對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，通過對(duì)高層建筑的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)不但能夠保證高層建筑在結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和穩(wěn)定性等方面的要求，而且能夠有效地降低施工建設(shè)成本。通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)能夠根據(jù)建筑及其結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況來進(jìn)行改進(jìn)，使得結(jié)構(gòu)能夠和建筑相得益彰，保證建筑的各項(xiàng)基礎(chǔ)性能，增加建筑結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能，對(duì)建筑的抗震性進(jìn)行保證，能夠在一定程度上減少裝修和基礎(chǔ)等方面上的材料消耗，節(jié)約成本。

五、建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法的注意事項(xiàng)

不同的房屋建筑工程具有不同的結(jié)構(gòu)形式，所以應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)類型的選擇，通常房屋建筑的主要結(jié)構(gòu)類型有框架結(jié)構(gòu)、短肢剪力墻結(jié)構(gòu)以及框架一剪力墻結(jié)構(gòu)三種，這三種結(jié)構(gòu)形式分別具有自身的特點(diǎn)和優(yōu)缺點(diǎn)，所以應(yīng)該根據(jù)房屋建筑的形勢和工程單位的經(jīng)濟(jì)能力等方面來對(duì)建筑的結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行選擇，在保證建筑工程質(zhì)量的基礎(chǔ)上來對(duì)投資和收益進(jìn)行平衡處理，從而實(shí)現(xiàn)工程利益的最大化。確定建筑結(jié)構(gòu)之后，仍然需要進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，從而更好地保證建筑結(jié)構(gòu)和建筑工程項(xiàng)目的適應(yīng)，更好地實(shí)現(xiàn)建筑單位的經(jīng)濟(jì)效益。

六、結(jié)語

在建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)需要對(duì)建筑結(jié)構(gòu)體系的承載能力、抗震性能、穩(wěn)定性和內(nèi)力傳遞等方面進(jìn)行全面深入的了解，從而能夠更好地保證建筑結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性、安全性和合理性，能夠?qū)ㄖ拿烙^性和舒適度進(jìn)行調(diào)節(jié)，提高房屋建筑在各個(gè)方面的質(zhì)量。