建筑结构设计中结构设计优化技术的应用研究

寇鹏承德天一建筑设计院有限公司

建筑结构设计中结构设计优化技术的应用研究

寇鹏
承德天一建筑设计院有限公司

经济的发展和时代发展步伐的加快使得各行各业的竞争压力都越来越激烈，建筑行业也不例外。市场竞争压力使得建筑企业开始关注建筑结构设计中的相关内容，希望通过优化结构设计，使得建筑成品能具有更好的使用性和安全性，进而为企业在市场竞争中争得一席之地。再加上建筑结构设计也是建筑设计中的主要内容，其在建筑设计工作中占据很大的比例，由此可见，做好结构的优化设计很有必要。基于此，文章重点研究了建筑结构设计中结构设计优化技术应用的有关内容，仅供参考。

建筑结构；结构设计；优化技术；应用

引言

在人们生活水平不断提高的社会背景下，人们对建筑产品的要求内容越来越严格，早已不是以往的基本居住需求了，更多的是开始关注建筑的质量和外观美观性，与此同时还提出了一定的环境要求，面对这样的形式，建筑企业开始重视对结构设计优化技术的应用，该项内容是现阶段很多建筑企业重点研究的内容，建筑企业希望通过结构优化设计提高建筑的实用性和美观性，进而提高企业的经济利益，可见未来几年甚至更长远的一段时间内结构设计优化技术都将是建筑结构设计人员重点研究和应用的内容。

一、建筑结构设计中结构优化技术应用的意义

第一，出于对用地面积的考虑。近年来我国用地紧张的问题越来越严重，所以很多建筑企业在施工中一直在寻找既能节约土地又能满足居住者需求的方式。长久以来很多人都认为高层建筑能解决这样的问题，其实这种观念不完全正确，因建筑施工一定要考虑建筑间距离，特别是高层建筑密集的地方更应控制好这种距离，这样保障楼层的稳定性和采光性能。楼层高相邻建筑的间距就变大，所以在设计中要综合考虑楼层和地面面积的关系，这中间肯定有平衡点，通过结构优化设计就能得到最佳方案，以此保障地面面积的最佳利用率。第二，出于对建筑层数的考虑。通常建筑楼层越高，地基承受的应力必然就会越大，此时为提高建筑结构的安全性就一定要加固地基结构，这样就导致地基总成本变多，但是分摊到每层楼，其成本却未降低，所以在楼层设计中就一定也有平衡点，在楼层高度是某一值时成本最低，这就需要通过结构设计优化技术来寻找。事实上，这样的原理不仅是适用于楼层高度，在柱高、墙体高度等设计内容中也能应用。

二、建筑结构设计中结构设计优化技术的应用

1、建立结构设计优化模型

建立结构优化设计模型中需要重点把握以下三点内容：第一，合理选择设计变量。在选择变量时，主要把影响结构本身的参数作为变量。比如严格控制损失期望值、造价值、结构可靠等。对那些相对影响比较小的，或者变化范围比较小的参数，可由预定式参数表示，这样就能减少设计和计算数量，进而减少编程工作量，进一步提高工作效率。第二，确定目标函数。在建筑结构优化设计过程中一定要找到符合规定条件的钢筋截面面积，还要找到已失效的概率函数，这样就能保证整体造价最少。第三，确定约束条件。在结构优化设计过程中一定要保障结构的可靠性，合理确定和优化设计中的有关约束条件。这里的约束条件主要是裂缝宽度约束、强度约束以及构件约束等。在进行结构设计时，要对比目标约束条件和实际约束，保证每个约束条件都能满足整体工程要求，保障优化效果的最佳化。

2、结构设计方案的优化

建筑结构设计方案的优化是非线性问题，建筑结构设计方案的优化涉及的约束条件和变量非常多。在具体的优化设计中，可使用无约束条件代替有约束条件，然后再进行计算，在这个过程中可以使用拉氏乘子法及Powell等。在完成结构设计方案的优化后，还要编制对应的运算程序，这样就能得到最优结构设计方案。

3、概念设计优化技术

应用优化技术时不能全部依赖计算机软件，最科学的方法是把计算机设计和人工设计融合在一起应用，以此发挥概念设计的功能。比如在材料优化选择中就需要结合各材料的特点进行人工选择，设计参数上也要按照设计标准进行优化，而不是仅依赖计算机。这点主要是因计算机虽能对计算设计各种数据，但是其不能按照具体需要设计出符合实际要求的结构设计方案，所以一定要灵活运用计算机，且最终设计还是要依靠设计人员用概念设计技术和计算机技术共同完成。

4、优化技术的具体应用

安全性是建筑结构设计中的重要内容，其也是最基本的要求，只有保障了结构的安全性才能进一步研究结构的其他性能。提高建筑物安全性的关键在于要保障建筑结构在遭受外部作用时还能继续使用，同时还不能对使用者的生命财产安全造成危害。在具体的优化设计中，可以由概念设计优化增加结构外部抵抗力，保证结构在各种复杂环境中都能不被影响。在这些影响因素中，地震是危害性最大的，且其还不能预测具体的时间和地点，所以要通过结构设计优化技术提高结构抗震性能。在建筑结构设计中最好把结构设计成对称形状，以此增加结构的稳定性，对称形状能使荷载受力更均匀，还能增加建筑延性，同时减小结构危险截面，提升抗震性能。遇到强震，损伤更大，此时可利用多层设防措施减少破坏，这样地震先作用的是次要构件，主要构件就能保证稳定性，主要构件还能保护次要构件，以此减轻地震破坏。

三、结构优化技术应用时需要注意的问题

第一，注意前期技术优化。前期的方案对整个工程影响很大，所以应该加以重视。结构设计优化技术要深入到前期方案中。现阶段很多建筑前期方案中都没有考虑优化技术，但实际上优化技术应该从前期到结束都有涉及。若在前期方案中融入优化技术则可以解决一些结构性问题，以此节约工程成本，此时只需要考量一些重点因素，如楼层高度和层数等。第二，在结构细部中的应用。建筑主体结构非常重要，但细部结构的优化设计也是很重要，只有保证基本构件设计合理性，才能实现整体结构的优化。比如，在矩形板浇筑设计中优化矩形板几何结构，结合结构特点，确保矩形板能承受要求的应力，同时浇筑中优化设计材料比，实现结构坚硬度和材料比的平衡进行。

四、结束语

综上所述，在建筑结构设计中应用结构设计优化技术是很非常重要的，而且也是很有必要的，此项技术的应用不仅能满足使用者的要求还能提高建筑企业的经济效益，所以要求建筑企业应该重点强化对结构设计优化技术的进一步研究和应用，在具体应用中先要认识结构设计优化技术应用的意义，然后明确具体的应用内容，最后还要关注应用中该注意的问题，通过以上几点提高建筑质量，以此吸引更多的客户，最终实现增加企业效益的目的。

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