1、剖析建筑结构优化技术在结构设计中的应用摘 要在建筑结构设计中，结构优化设计技术起到了至关重要的作用，采取合理的结构优化设计不仅仅可以节省大量的建筑结构空间设计，更加可以节省大量的资金，创造更多的经济价值，在结构优化设计中，应用现代化的科技手段，构建合理的建筑设计方案，进而达到经济适用的目的。本文在此对结构设计优化的方法以及结构设计优化在结构设计中的应用做了详细的分析。 关键词建筑结构；方法；应用 中图分类号：TU318 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）36-0233-01 一、结构设计优化概述 结构的设计优化方法主要包括两个方面，一个是从整体出发，对结构模型进行合理调整
2、，通过控制位移、刚度等参数保证结构的整体稳定性。另一个是从分部出发，对建筑物的基础结构、上部结构和围护结构等方面进行优化设计。对这些分部进行优化设计时，需要对建筑结构进行选型与布置，并进行工程造价分析和受力分析等。在具体的结构设计优化中，要以建筑工程的实际情况为基础，以实现建筑的经济效益和综合效益为目标进行设计优化。另外，在进行结构设计前，要对建筑的功能准确掌握，在此基础上尽可能地使各个平面布置的均匀、规则，使不同部位的质量和刚度差异得到缩小，避免建筑物在水平荷载作用下发生巨大扭转。竖向上要尽可能避免转换层的使用，避免应力集中问题的发生。 二、结构设计优化方法 1、结构优化设计模型 结构优化设
3、计模型就是在各种影响变量中选择主要参数，并建立函数模型，运用科学合理的方法得出最优解。结构总体的优化建立模型的大致步骤如下：一是设计变量的合理选择。通常的设计变量选择对设计要求影响较大的参数，将所涉及的参数按照各自的重要性区分，将对变化影响不大的参数定为预定参数，通过这种方法可减少很多计算编程的工作量。二、目标函数的确定。使用函数找出满足既定条件的最优解。最后，约束条件的确定。房屋结构可靠度优化设计的约束条件，包括了应力约束、裂缝宽度约束、结构强度约束、尺寸约束、从正常时的极限状态下弹性约束到终极状态的弹塑性约束、从可靠指标约束到确定性约束条件等。设计中，要保证各约束条件必须符合现行规范的要求
4、。 2、结构优化计算方案 结构优化设计多个变量、多个约束条件，属于一个非线性的优化问题，设定计算方案时，常将有约束条件转变为无约束条件来计算。常用的方法有拉氏乘子法、符合型法、Powell 等。完成计算方案的设定后只需编制相应适用的运算程序即可得到我们的最终优化结果。 3、推广设计标准规范和标准设计 工程设计标准规范的形成，来源于大量成熟的、行之有效的实践经验和科技成果，是科技转化为生产力的必要途径。优秀的工程设计标准和规范，不仅优化了设计，减少设计的盲目性，还将大大提高设计速度，有效降低项目的全寿命费用。在标准规范中可以对一些重要的部位采取设计经济指标限额制度，对一些设计部位使用“宜”或“不
5、宜”等引导性语言提示设计人员对方案进行优化，鼓励他们在设计中大胆使用新工艺和新材料。整体结构的科学性和合理性是新规范特别强调内容。新规范用于控制结构整体性的主要指标主要有：周期比、位移比、刚度比、层间受剪承载力之比、刚重比、剪重比等。新的建筑结构设计规范在结构可靠度、设计计算、配筋构造方面均有重大更新和补充，特别是对抗震及结构的整体性，规则性作出了更高的要求。 三、建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的应用分析 1、对建筑主体上部结构进行的科学性优化 房屋建筑的上部结构设计应当建立相应的模型并进行系统的优化。整个过程第一步就是先合理地设置剪力墙，保证剪力墙整体的布置是均匀的，这样使楼层平面刚度
6、的中心点重合于楼层平面质量的重心，从而减少地震作用及风荷载等对其的破坏性。在房屋结构设计时，如果条件允许，应尽可能地对剪力墙进行大开间的布置，加长剪力墙的墙肢长度，这样既能减少墙肢的数量，还能在符合规范的条件下减少混凝土的使用量。另外，剪力墙内的暗柱一般都设置了钢筋，如果采用较大的剪力墙就可以减少相对的钢筋使用数量，从而相应减少的材料成本。然而如果建筑的本身不具有相应的条件，而且对于抗震抗压的要求较高，就不得开间过大的剪力墙。 2、房屋建筑的整体性与局部性优化 建筑在设计过程中都应具备相应的层次性和复杂性的特点。从层次性角度来讲，建筑体系包含着建筑整体设计体系、结构相关体系及安装体系等，每一个
7、单独的体系又包含了众多的下属体系。在对房屋进行设计时，设计者要对每一个下属系统地进行相应的优化，冲破关联的横向性，实现叠加型工程；对于复杂性角度来讲，主要包含选取建筑的材料、选取建筑的零部件等。因此在进行结构优化时要从整体入手，才能真正实现结构整体的设计优化。 3、材料优化设计 建筑结构在材料方面的优化就是使建筑材料最充分的利用，对材料的选择很关键，选择合适的材料既能够满足使用的功能，又能提高房屋建筑质量，当然还能最大化地降低成本，节省更多资源。所以要求在材料采购选择时一定要对所需的材料性质、各项质量指标熟悉了解，购买时本着经济实用的原则。材料也要方便施工，保证施工安全易操作。钢筋是建筑时最重
8、要的材料之一，在选择时大部分的设计人员都会强化着眼于钢筋的配置计算上，很容易忽视钢筋的种类。现在市场中钢筋的种类很多，所以好的优化设计方案应该是在满足设计承载力要求的前提下，选择适合的钢筋种类和数量，这样就能很大程度上降低资金投入。 4、结构优化与建筑优化保持协调 对于结构设计既要保证结构的整体性，又要与建筑平面功能紧密配合，这样才能实现建筑本身的功能与结构相应合理性的效果。对于建筑系统来讲要保证平面简洁，墙体与立柱不能有错位的现象，高度与截面的面积相通。在楼体设计时，自身受力较多的转角区域，要选择高强建材做为承重的材料，从而更好地降低自重。对于结构整体来讲要保证重心、刚心、质心三者正确交叠，
9、防止扭转的状况出现。 5、直觉优化技术与建筑结构设计 即使对于同一个建筑方案，结构布置方面也可能存在诸多的差异。建筑结构的布置如已经确定，即使荷载情况是完全相同，也可以将差异化的分析方法给应用进来。在分析过程中，也可以采取差异化的设计参数、材料和荷载的取值，对于建筑结构的细部处理，更是存在着诸多的差异。现在建筑结构的计算大多都是靠计算机来完成的，但很多问题都是计算机无法完全解决的，那么就需要靠设计人员进行科学的判断。在判断的过程中，需要严格依据结构设计的一般规律，总结过去的工程实践经验，这也就是我们所说的概念设计。 对于房屋建筑而言，在相同的建设条件下，采取不同的结构布局方式，就会产生不同的设
10、计效果。因此，在房屋结构优化设计的过程中，应该实现细部结构优化与概念设计的有机结合，这样才能切实有效地提高结构优化设计的效果。这里的概念设计，主要是指将建筑的设计概念作为设计工作的重点，属于一种贯穿设计整个过程的设计方法，主要是针对缺乏相应数值的细节进行处理，如地震设防烈度量化等情况，如果单纯依靠相应的公式，得出的结果必然会与实际情况存在较大的差异，而采用概念设计的方法，则可以将数值作为一种参考依据，从而对结构设计中的细节进行合理把握，提升结构优化设计的质量。 四、 结语 综上，用结构设计优化理论方法对建筑结构进行优化设计，将结构设计的理论与实际相结合，节约了建筑成本。在建筑实践中具有很好的操作性，为我们结构设计优化理论应用于建筑行业奠定了基础，具有深远的理论价值和实践意义。
