建筑結構設計優化設計新方法論文

建筑結構設計優化設計新方法論文

　　摘要:對現代建筑建設來說，建筑不僅需要滿足用戶的使用需求，還需要同時滿足用戶的審美需求，具備一定的美感。在建筑結構設計過程中，安全、施工便捷、經濟、實用和美觀是必須要考慮的五個基本問題，這也要求設計者對建筑結構設計進行優化，使建筑不斷趨于合理、安全和實用。為此，本文將具體介紹幾種建筑結構優化設計的方法，以供參考。

　　關鍵詞:建筑結構設計；優化方法；數學模型

　　在建筑結構的設計環節中，設計者需要對建筑的布局、施工方案和驗收環節進行把控，綜合考慮并不斷優化，才能做出科學的結構設計方案。在原有方案的基礎之上，對結構設計方案進行改進，使其充分利用空間資源，并在最大程度上滿足用戶的實際需求，在實現其基本的建筑物使用功能的基礎上，實現較好的美觀功能，并在實際建設中節約建設成本，獲得最佳經濟效益。

　　1建筑結構設計優化的必要性

　　在房屋結構設計過程中，使用合理的優化設計方案，不僅能夠提升建筑物的使用價值，還可以同時實現建筑物的經濟價值和環保價值。在優化設計方案中，節省建筑單位的資金投入，降低建設成本。建筑優化設計與傳統的建筑設計相比，能夠為企業帶來更好的經濟效益、為用戶提供更好的使用體驗。通過優化配置建筑施工過程中的各種資源，如建筑材料、結構布局，實現結構布局的有效結合，共同發揮更優作用，建筑物的面積隨著建筑物層數的增加而增加，而要想保證建筑物的良好設計效果、穩定性和可靠性，建筑物的單位面積造價也會隨之升高。通過建筑結構優化設計，便可以在這些因素之間找到協調點，實現最佳的方案設計。

　　2建筑結構優化設計結構化建模的詳細步驟

　　2．1目標函數的選擇設計人員在對房屋結構進行設計優化時，首先必須確定建筑結構的目標函數，通過建筑物的安全標準和面積參數共同確定，進而根據建筑物建設工程材料的情況準確定建筑物優化設計的工程造價。在這之后，設計人員需要對計算出的集中工程造價方案進行分析，選擇工程造價最低的方案，以實現在滿足建筑物各項需求的基礎上經濟效益的最大化。2．2變量的選擇在對目標函數進行合理的選擇之后，還需要對建筑物的變量進行選擇。變量的選擇具體是指設計人員分析出的可能影響建筑物結構設計的因素，對其進行分析和研究，選擇其中影響程度最大的變量因素進行計算和控制，進而達到變量選擇的實際作用。2．3約束條件的選擇對建筑結構的可靠性進行優化和創新，可以對房屋建筑結構當中的定量與約束條件內容進行準確的判定，并將約束條件限定在建筑物的工程標準之內，借此實現建筑結構設計的最優化。例如，在對應力、尺寸大小和結構強度等因素的約束條件進行判定時，必須以建筑物結構的實際情況為基礎進行選擇。

　　3建筑結構設計優化新方法介紹

　　建筑物結構的優化設計體現在建筑物工程結構總體的優化設計和建筑物結構分部結構的優化設計兩方面。在分部結構優化設計中，需要進行優化設計的內容有基礎結構、屋蓋層系統、圍護結構以及結構細部方案的優化設計。對這些內容的優化設計涉及到選型、布置、造價分析和受力分析幾個部分，并在滿足其使用需求的前提下實現經濟效益的最大化。并在滿足建筑物結構的長期效益條件下，以減少近期投資為目的降低工程造價5%～30%。在優化技術的同時，通過合理利用不同材料的性能使建筑物內部結構的各個單元實現最佳協調。

　　3．1拓撲優化方法拓撲優化方法需要設計人員在對建筑物進行設計優化過程中，找到準確的建筑結構理想化分布形式，并對建筑物結構的剛度等屬性進行有效分析，通過拓撲優化方式實現減少建筑物結構重量的目的，進一步提升建筑物的性能。在使用拓撲優化方法時，設計者必須充分認識到拓撲優化方法的優點，通過拓撲優化方法將建筑物結構的設計轉變為概念性的結構設計方法，提升建筑物結構設計的邏輯性。

　　3．2截面優化方法建筑物結構的細節是最能體現其整體可靠性和安全性能的部分，在處理建筑物截面時，設計人員必須考慮到截面結構的安全性和可靠性，對建筑物的截面進行科學計算，提升其穩定性和美觀度。對于建筑物截面的優化設計，設計人員可以利用有限元方法來計算設計變量的應力特點和結構位移情況，并通過信息化的設備驗算和統計所獲得的設計數據，再依據所得的結果判斷需要調整的范圍，并對該范圍內的區域進行優化設計。

　　3．3外形優化方法通過外形優化方法，設計人員可以在固有的截面優化方法基礎上發對建筑物的結構框架和內部形狀進行更進一步的調整、完善，以便提升建筑物的結構設計質量。首先，設計人員需要了解和掌握建筑物的整體情況，以我國現行的建筑物結構設計標準對其進行修正。通過外形優化方法劃分建筑物結構的外形特征，在實際工作中，主要采用的是桿系結構和連續性結構。在使用干洗結構外形設計過程中，建筑物結構的節點坐標的選取是關鍵點，并將選取的節點坐標作為設計的變量，用以滿足建筑物外形優化設計的需求。

　　3．4概念設計與細部結構設計優化相結合在缺乏詳細數據的情況下，我們可以通過概念設計的方法來實現設計的優化。例如，在對建筑物的抗震能力進行設計時，因為地震的強度是不確定因素，我們無法找到與之對應的計算方法，因此，就可以引入概念設計的方法，將數值作為輔助依據。并在設計過程中結合結構設計優化的方法，從而使優化設計達到最佳效果。此外，在設計過程中，設計人員必須對結構的西部進行優化設計，例如，在進行現澆混凝土施工中，異形板料的彎曲部位十分容易開裂，為此，我們可以將其簡化為矩形板，再選擇鋼筋，這樣就可以降低凝土開裂的概率，既能滿足建筑物結構的基本需求，又能夠實現安全和經濟的目標。

　　3．5建筑物下部地基基礎結構的優化設計在對建筑物的下部地基基礎結構進行優化設計時，設計人員必須選擇最為合適的方案。例如，以實際施工情況為基礎選擇對應的樁基類型，盡量降低工程造價，再根據樁端持力層的厚度對灌注樁的長度進行科學選擇，并對集中優化設計方案進行對比，進一步篩選出最優的設計方案。例如，某建筑物結構的原設計使用的是樁筏基礎，相對該結構設計進行優化，將樁筏基礎改為樁基礎，設置兩樁承臺、三樁承臺、四樁承臺和梁式承臺。在這部分優化中，考慮的是基礎傳力的傳遞路徑最短則越省材料，但是前提保證是總沉降值和不均勻沉降值。樁筏基礎較樁基礎而言增加了一塊整體的筏板，將整體受力轉變為局部受力，增加了傳遞的途徑，但是也增加了材料的使用，雖然浪費了材料，但對控制不均勻沉降具有一定作用。根據實際情況而言，若要同時滿足總沉降、不均勻沉降以及地基承載力的要求，使用天然基礎的經濟型要比樁基礎更高，而且施工更為簡便，所需時間也相對較少，費用也較為便宜，不失為一個較好的選擇。

　　4結語

　　在建筑結構優化設計中，合理選擇結構的設計方案既能夠得到技術上的要求，又能夠極大的減少建設資本，但是這是一項十分復雜、綜合性強且系統性較強的工作，要想實現有效的設計優化，必須對此加大研究力度，不斷深入優化建筑物設計，通過設計優化的手段在建筑土地價格飛漲的今天，有效控制工程造價，實現經濟效益與建筑物質量的最佳協調。并通過細節方面的優化，給予用戶更為舒適、貼心的居住體驗。

　　參考文獻

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