建筑结构优化设计方法及展望.pdf

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1、第11卷第77期2010年8月疆钮睢皿装饰BuildingMaterialsandDecorationsV01．11．N077August，2010文章编号：1674—3024(2010)08—0029—02建筑结构优化设计方法及展望邓晓国(广西汉和建筑规划设计有限公司。广西南宁530002)摘要：结合建筑结构设计工作中选择合理的结构方案时应遵循的一些基本原则。探讨在进行正确的结构计算时应注意的一些问题，对优化设计综合评价指标体系的建立和使用方法进行研究，并对结构优化设计的发展进行展望。关键词：结构优化设计；方法；展望A

2、bstract：Intheunionconstructionstructuraldesignworkchooseswhenthereasonableorganizationplanshouldfollowsomequestionswhichsomebasicprinciples，discusswhencarriesoncorrectstructurecomputationshouldpayattention，conductsthere．nightotheoptimizationdesignqualitysynthetic

3、evaluationindicatorsystem'sestablishmentandtheapplicationmethod，andcarriesontheforecasttothestructureoptimizationdesign'sdevelopment．keyword：Structureoptimizationdesign；Method；Forecasts1结构优化设计的方案所谓结构优化设计，是指工程结构在满足约束条件下按预定目标求出最优方案的设计方法。结构设计是创造结构方案的过程，传统的结构设计是设计者按设

4、计要求和设计者的实践经验，参考类似工程，通过判断创造结构方案，然后进行力学分析或按规范要求作安伞校核，再修改设计。这一过程繁复，且往往只能创造出可行方案，而找不到一条安全、经济、合理的最优设计方案。传统的建筑结构设计方法，是先根据经验通过判断给出或假定一个设计方案和做法，用工程力学方法进行结构分析，以检验是否满足规范规定的强度、刚度、稳定、尺寸等方面的要求，如符合要求的即为可用方案，或者经过对少数几个方案和方法进行比较而得m可用方案。而结构优化设计是在很多个，甚至无限多个可用方案和做法中找出最优的方案，即材料最省、造价最

5、低、或某些指标最佳的方案和做法这样的工程结构设计便由“分析与校核”发展为“综合与优选”。这对提高工程结构的经济效益和功能方面具有重大的实际意义。“综合与优选”实质上也就是建筑结构的优化设计。2结构优化设计的数学模型和优化方法如何建立数学模型，在结构优化设计中是非常重要的。它不仅关系到设计得到解的精度、计算工作量的大小，甚至关系到能否得到解答。数学模型的建立包括三个方面的内容：设计变量的选择、目标函数的建市和约束条件的形成。2．1设计变量的选择在设计过程中要选优的量称为设计变量。它包括结构的形状参数(柱距、层高等)、杆件截

6、面尺寸、使用材料等。一般来说，设计变量取的越多，效果越好，但工作量也越大。在实际工作中，总是把设计变量取的尽量少，把那些对优化效果不太显著的参数作为预先给定的量。设计变量的选择当然不能离开客观条件的许可，其范围往往有一定的限制，如把梁的截面高度作为设计变量，根据使用要求和规范要求，它不是任意的。2．2目标函数的建立目标函数是以设计变量表示所要追求的某种指标的解析表达式，或南设计变量决定的不能写成解析式的某种指标。目标函数是判别结构方案优劣的标准。如结构的体积、造价、重量、变形、刚度、承载力等都可作为优化设计的目标函数。2

7、．3约束条件的限制在结构设计中应该遵守的条件称为约束条件。约束条件要符合规范和T程惯例上的要求。确定约束条件时，将与优化变量有关，不可省去的限制作建筇建盯装痂为约束条件，并将一些不必要的限制去掉，尽量简化约束条件。结构优化设计时，一般情况的约束条件很多，它们大致可以分为两类：(1)有设计规范等有关规定和要求的数值．如钢筋混凝土梁的最小或最大配筋率、梁的最小宽度等。(2)保证结构正常工作的强度、刚度、稳定性、自振频率等的限制，它们一般与设计变量没有直接关系，必须通过复杂的结构计算才能得到。2．4优化方法的确定用于解决优化设

8、计的方法很多，月前没有统一的分类方法。按优化方法的特征可以分为两类，即优化准则法和数学规划法。3优化设计评价指标体系的建立和使用方法的研究一栋好的建筑，应是建筑、结构、水、暖、电各专业设计的优化整合，仅某个专业设计得好，是不可能产生一个好建筑的。结构专业也不例外，结构设计能够最大程度地满足内部平面、空间高度、建筑立而