建筑结构设计中优化方法研究

《建筑结构设计中优化方法研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、建筑结构设计中优化方法研究朱晓杰佛山南方建筑设计院有限公司广东佛山528000摘要：与传统的设计工艺相比，结构优化设计方法不仅可以降低工程造价，最合理地利用材料的性能，还可以使建筑结构各单元协调，满足建筑工程规范，实现建筑工程设计的安全、经济、实用目标。木文主要对建筑结构设计中的优化方法进行了分析和探讨。关键词：建筑结构；设计；优化；方法一、结构优化的理念在分析过程中，需要在满足各种参数的情况下，并求出满足不同的约朿条件，且使得目标函数能得到最小值的设计方法。（1）数学模型建立：根据需要分析的结构对象，对之进行相对应的数学建模。（2）变量的设计：变量即为可以在某种

2、程度上描述结构的量，包括设计截面的几何参数等信息，可以是柱的高度等等。变量乂钮括连续性变量和离散型变量，连续性变量可以实现连续变化，而离散的则不能实现连续变化。（3）目标函数：通常可以衡量设计好坏的一个较为重要的指标，可以反应设计的性能，也可以反应一些经济性能。（4）约束条件：通常可以大致的分为几何约束以及性态约束。通常几何约束指的是在几何尺寸等方面加以限制，几何尺寸不会发生太大的变化。而性态约朿通常是指的是结构的固有的一些性质，如震动频率等不发生变化。二、建筑结构设计优化的一般方法单纯从建筑角度来讲，结构设计优化主要分为房屋工程分部结构的优化设计和总体结构的优化

3、设计两种。一所房屋的设计建造，要根据具体情况，综合考虑房屋建筑的人文要求、经济要求和周围环境要求等。合理充分利用资源，实现各种要素的和谐共存，是建筑房屋结构设计优化的基木理念。（一）建立结构优化的模型实现建筑结构设计优化，首先需要建立一个数学模型，重现房屋的各项指标和影响因素间的复杂关系。可以按照以下几个步骤建立模型：1、合理选择设汁变量设计变量通常优先选择对建筑结构影响大的参数，即和设计0标直接相关的那些内容，如损失的期望C2和结构的造价C1等，还有和限制条件相关的因素，如结构的可靠度PS等；为了减少设计量、计算量和编制程序的工作量，还可以把部分因素用预定参数来

4、代表，这些参数通常具奋影响细微、波动不明显的特点，往往通过局部调整或结构本身就能满足相关要求。2、确定S标函数出于建造成本的考虑，需要建立一组函数，通过这组函数可以准确描述预定条件中截面几何尺钢筋的截面积和相应的失效概率之间的关系。3、确定约束条件房屋建筑安全可靠是房屋结构优化设计必须满足的基本条件，以此出发可以确定优化设计的约束条件。裂缝宽度、结构强度、构件的大小、结构应力、结构体系规格、可塑程度、确定程度等都是常见的约束条件。设计者要充分比较分析0标约束条件和实际约束条件，确保每个0标约束条件都有的放矢，符合实际，从而为设计优化提供根本保障。（二）设定计算方案

5、以提高安全性、耐久性和适用性为B标的建筑结构设计优化，往往具有约束条件复杂、变量众多、函数非线性的特点，为了方便分析计算，通常采用将有约束的优化问题转换成无约束的优化问题的方法求解。拉氏乘子法、复合形法、Powell法等都是常用的优化计算方法。（三）程序设计由于计算量巨大，计算过程复杂，为提高结果准确性和精度，通常利用程序来实现以提高安全性、耐久性和适用性为0标的房屋结构设计优化的计算过程。编写的综合程序要完全符合优化设计模型和计算方案，并具奋功能完整、用途齐全、运转高效等特点。（四）结果分析结果分析是房屋结构设计优化过程中非常重要的一步，它直接关系到优化设计方案

6、的最终选择。程序运算的结果只是为房屋结构设计优化提供参考依据和备选方案，并非最终结果。由于上述模型函数主要体现的经济成本上的优化，在结果分析吋，设计者需要把更多的因素纳入思考范畴中，在详细地比较分析基础上，选择出最佳的设计方案。前文已经提到，现代社会的建筑，不仅要满足实用功能，同吋还需要满足使用者的审美需求。造价成本和工程质量不再是优化设计的唯二标准。设计者需要从安全性、耐久性、使用功能、经济效益、施工要求、美观程度，以及和周围环境的和谐统一等方面进行全方位多角度的考虑，要分析各种因素的影响，从使用者、建设方等多个角度考虑，综合各方意见进行比较。任何考虑上的偏颇和

7、疏漏都奋可能造成建筑设计上的缺陷，从而影响建筑的正常使用。必须平衡使用各种资源，才能实现结构设计的最优化。三、结构优化设计的应用把结构优化设计应用于项0的建筑的前期设计、整体设计、抗震设计以及旧房改造等设计的各分部环节，从而创造较大的社会效益和经济效益。因此，在按照结构设计优化的方法和结构优化技术模型进行实践应用的过程中，要注意以下几个方面：（一）要注意前期参与在进行设计过程中，前期方案的确定在很大程度上决定着建筑的总投资。如果在进行前期方案结构设计过程存在的普遍问题没有得到及吋的处理和解决，就会在一定程度上影响建筑师设计的合理性、可行性以及科学性。在实际中，建筑

8、布局的不规