建筑结构优化设计研究.doc

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1、建筑结构优化设计研究摘要:为了保证建筑结构的性能和节能等方面的优化，需要对建筑结构进行优化设计，通过对建筑结构优化的定义和影响结构优化设计发展的因素进行分析，对结构优化设计的数学模型的建立和优化的方法进行简单的论述，对优化设计综合评价指标体系的建立、使用方法进行研究和分析。关键词:建筑结构；优化设计；措施通过对建筑结构的优化设计不但能够作用于结构本身，而且能够在其他的方面起着一定的作用，比如能够增加建筑的空间使用效率以及改善建筑的舒适度等方面的作用。在进行结构优化设计的时候，需要针对结构的各方面因素、约束和

2、要求等方面的情况，从而保证设计的质量。1结构优化设计发展的制约因素4学海无涯在进行建筑结构优化设计的时候，首先需要进行数学模型的建立，然后再对优化的方案进行选择，对目标函数和设计变量等方面进行确定，对相应的数据进行确定并设计初始点，进行计算机语言程序的编写，然后在利用计算机来进行数据的计算并输出结果，最后需要对输出的结果进行一定的分析审核［1］。简单的来说其实就是先将设计问题转化为适合优化计算的数学模型的实质的问题，然后在利用合适的优化方法来进行数学模型的求解。在进行结构优化问题的变量个数方面，如果问题的复

3、杂程度较高的话，对应的变量个数也会增加，在主动变量和被动变量的区分上也有一定的难度，这就会增加优化分析的工作量。当前我国在工程的要求上不能精确的对离散变量进行分析，通常情况下会先进行连续变量的处理之后再进行数据信息的归整，但是这种形式会存在着一定的误差［2］。在约束条件方面，主要呈现了在数量和种类上的大量化，通常来说约束条件的数量需要比变量的数量多，很多的约束函数是需要高度的隐形和非线性来进行保证的，所以不能充分的对有效约束和无效约束进行区分，也会给建筑结构的优化带来困难。在目标函数方面，不能对目标函数的明

4、确性进行充分的保证，在进行建筑结构优化设计的时候通常会利用质量最轻或者造价最省的单位进行优化，而对于实际问题，则需要根据实际问题的需要来对目标函数进行确定，比如对于钢结构来说，不能以质量的轻重来进行经济效果的反映，但是通过和混凝土的对比则能够在资源和价格等方面进行明显的比较，为了对钢筋的重量进行优化，需要保证设计时选取截面小并且密度较大的钢筋结构，但是这种方式在造价上不能得到充分的保证，并且在施工上也不方便［3］。所以在钢筋混凝土结构上的优化上来说，需要利用费用来进行目标函数的制定。另外某些技术性指标也需要

5、进行目标函数的制定，就比如准则法需要进行目标函数的制定。针对上述的情况可以发现在进行建筑结构优化设计的时候建立合理的目标函数是有一定难度的。在进行结构分析和敏度分析的时候需要付出一定的脑力和人力劳动，通常情况下不能对实际的问题进行一次性的成功的优化分析。对此需要在进行问题优化的时候进行多次反复的比较最终选择最优的方案，这就是造成了较大的人力和脑力的劳动的付出。相关的研究人员和学者认为重复分析的次数不能超过10次，否则分析的费用不能符合结构优化的目标。通常敏度分析是需要在结构分析之后进行，在进行结构分析的重复

6、分析的时候需要进行敏度分析，而敏度分析也是需要一定付出的。2结构优化设计的数学模型和优化方法通过建立数学模型能够方便建筑结构的优化设计，通过对数学模型的控制能够保证解的精度，减少计算的工作量，能够充分的保证解答的准确性［4］。数学模型在建立的时候需要在选择设计变量、建立目标函数和确定约束条件三个方面进行确定。(1)设计变量的选择。设计变量是设计过程中需要进行选优的量，主要是在结构的形状参数、截面尺寸和使用材料等方面的信息。通常情况下，要想保证优化的效果，需要尽可能多的对设计变量进行选择，但是对应的工作量也会

7、增加。但是在实际的优化过程中会选取较少的设计变量，将优化效果不好的参数来设定为定量［5］。在进行设计变量的选择的时候需要对客观条件进行分析，在客观条件的范围等方面存在一定的限制，比如在对梁的截面高度进行变量的设计时，需要根据相关的规范和要求来进行，不能随意的进行选取。(2)目标函数的确定。在进行设计变量的选择时需要按照相应的目标来进行解析表达4学海无涯式的确定，而这些解析表达式就是目标函数，另外因为设计变量的特性不能写出解析式的某种指标的表达形式。在对目标函数进行选择的时候需要按照结构方案的标准来进行判别，

8、主要是对结构的体积、重量、造价和强度等方面的情况来进行优化设计的目标函数的确定。(3)约束条件的限制。约束条件就是在进行建筑结构优化设计中需要遵守的条件，能够对工程管理和要求规范进行一定程度的满足。优化变量对约束条件的确定有着一定的，有些限制是不能够进行省去的，这些就是约束条件，在进行约束条件确定的时候，需要将一些不必要的限制删除，从而保证约束条件的简化［6］。在进行建筑结构优化设计的时候，通常会存在较大的约束条