房屋结构设计中结构设计优化技术的应用分析.pdf

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1、规划与设计■啊团黄商2013年4月【文章编号】1673—0038(2013)10—0006—02房屋结构设计中结构设计优化技术的应用分析温秀治(重庆市轻工业设计院重庆市渝中区400015)摘要：随着我国经济建设事业的飞速发展，人们对于房屋结构设计的要求越来越高。结构设计优化技术运用于房屋结构设计中可以使设计效果达到最大的经济合理性。近几十年来，国内外工作者对房屋的结构进行了大量的优化设计工作，本文就结构设计优化技术以及其在房屋结构设计中的应用进行了简要分析。关键词：优化设计；房屋结构；优化技术1前言近几十年来，随着我

2、国经济建设事业的飞速发展，人们在追求建筑设施质量的同时，对于建造成本的要求也越来越高，尽量追求经济效益的最大化。然而由于原材料物价的上涨、建筑用地价格的攀升等因素增加了建筑成本。因此开发商为了在保证建筑设施质量的基础上尽量降低工程的造价，从而展开了对建筑结构设计优化方法的不断研究和探索。在房屋建筑工程领域中，房屋结构设计是一项系统而又复杂的的工作，高质量的房屋结构设计能够在保证房屋的居住使用安全性的同时，还直接影响到房屋的建造成本，为开发单位带来巨大的经济效益【l】。因此，将结构设计优化技术运用于房屋的结构设计，具有

3、非常重要的现实意义。2结构优化设计的方法只有建筑的美观与结构设计相辅相成才能以及结构设计建造出赏心悦目的建筑。建筑结构设计追求的效果主要有以下五项：安全、经济、适用、美观以及便于施工。将结构优化设计技术应用于房屋建筑工程领域的优势主要体现在两个方面：房屋工程结构总体的优化设计以及房屋工程分部结构的优化设计【2】。将结构设计优化技术应用于建筑设计中，经此设计所建造的建筑不仅能保证房屋结构的安全、经济以及适用的性能，而且造型美观且便于施工，另外，还可以节省建造的成本，将其称为“经济适用房”更为合理。房屋结构设计中结构优化

4、设计包括基础结构方案、屋盖系统方案、围护结构方案以及结构细部设计方案等几个方面的优化设计。每个方案的优化设计应从造价分析、受力分析、布置以及选型等内容着手。此外，在实施过程中，不仅仅要依据结构优化设计的预期结果进行施工，还应结合实际工程的具体情况，这样才能达到对房屋结构优化的效果。2．1结构设计优化模型结构优化设计的基础是数学知识，在设计时，选择各种影响因子中的主要参数，并依据结构总体建立数学模型和求解，采用合理、科学的方法得出结构总体的最优解。建立结构总体的优化模型有以下步骤：(1)合理、科学的选择设计变量设计变量

5、是影响设计要求的其中一个因子。按照各种影响因子的重要性将所涉及的参数加以分类，将对设计结果影响不大·6·的因子设为预定参数，通过这种方法我们进行较少的计算编程工作量就可以建立优化模型。(2)确定目标函数根据数学知识，我们通过目标函数可求出满足条件的最优解。(3)确定约束条件针对房屋结构设计的优化方案，其优化设计的约束条件包括：尺寸约束、结构强度约束、裂缝宽度约束、应力约束、弹塑性约束等。在对房屋结构进行优化设计时，应按照现行的设计规范确定优化设计的约束条件。2．2结构设计优化方案从宏观来说结构设计的优化设计方案属于非

6、线性的优化问题，涉及到的变量和约束条件比较多。在设定结构优化设计的计算方案时，可以以无约束条件代替有约束条件然后进行计算，用到的方法也比较多，具体有符合型法、拉氏乘子法以及P0weⅡ等方法。在设定完结构优化设计的计算方案后，要求出最优化的解，我们只需编制相应适用的运算程序即可[31。从微观来看结构设计的优化设计方案主要有结构布置、细部优化。结构布置的合理性，直接影响结构的造价。结构布置的原则是结构简单，传力直接，避免多次传力。细部优化的内容较多，最主要是选择合理的构件截面。如对竖向构件轴压比在满足规范要求的前提下，不

7、能太大，也不能太小，太大配筋就大，小了配筋也多。对梁情况类似，梁截面大了，影响有效使用空间，需增加层高，小了配筋相对较大。因此对混凝土结构来说应控制合理的混凝土用量，混凝土用量好了，用钢量肯定是在合理的范围，整个建筑造价就控制下来了。3结构优化设计的优势建筑结构设计的优化设计追求的是安全、经济、适用、美观以及便于施工的效果，对房屋建筑结构设计进行结构优化设计具有很重要的现实意义。(1)房屋建筑结构的优化设计能大大提高房屋建筑结构的安全经济性，不仅能够节省建造工程的原材料，提高建筑设施的抗震性，而且能够降低房屋内外表面

8、装修的工作量，提高其受力性能。(2)房屋建筑结构的优化设计能大大降低了建筑房屋工程的成本。有文献报道，将利用结构优化设计的房屋建筑与未进行结2013年4月■葡蜀裳强规划与设计构优化设计时的工程相对比，其建筑工程的成本仅为后者的26％左右。此外，建筑结构设计的结构设计优化能够充分利用各种施工材料的性能，协调房屋结构内部结构各个单元之间的联系，进而