优化建筑结构设计的方法和策略

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1、优化建筑结构设计的方法和策略广东远顺建筑设计有限公司目前，结构设计优化的实际应用远落后于相关理论的发展，使得结构设计的经济性较差，这在讲求资源集约节约应用的今天显得非常不合时宜,因此木文对优化建筑结构设计的方法和策略进行了分析。关键词：建筑结构设计；优化；方法；策略建筑结构设计的主要任务是满足建筑的功能性、安全性、经济性、美观性、环保性等方面的要求。如果将这些要求看成目标函数，那么驱动目标函数的因素不仅数量众多，而且极为复杂，有些因素可以量化，还有些因素难以量化,所以建筑结构设计优化其实是一个非常复杂的

2、问题。然而，只有经过优化设计,才能在保证功能需求、结构安全的基础上节省占地和投资，带来较佳的经济性和良好的综合效益，因此木文对优化建筑结构设计的方法和策略进行了探讨。1建筑结构设计优化的主要方法从不同角度考虑结构设计优化方法，可分为以下两类：1.1从使用工異或理论方面进行优化主要分为以下几种情况[1]:（1）结构模型及数学计算方面优化。通过合理选择变量、边界条件和设定目标函数（以成木控制为核心），通过求解函数得到最佳的结构设计参数。这类函数一般为非线性函数，需要通过拉氐乘子法、符合型法等简化计算过程得到

3、所求解。但是由于实际结构的复杂性，必然存在设计变量多、约束条件多、建筑功能限制等多方面的问题，经过大量简化处理得到的只能是相对最优解，而且受到设计人员学识、经验方面的局限，有时得到的最优解还存在薄弱环节，为了改善受力状况而增大构件截面，材料消耗不仅没有减少，反而比常规设计增加了。（2）通过概念设计进行优化。结构设计通过概念设计可以在整体上、原理上把握结构设计，并摆脱计算软件的不足，有利于提高设计水平，但这种方法显然与设计人员的经验以及运用概念设计的熟练程度有关。（3）运用价值工程进行优化。价值工程是处理

4、功能与成本关系的方法，也称为价值分析。通过减少过剩或不切实际功能来降低成本，结构设计应用价值工程的目标是实现建筑的核心价值，需要设计人员设法掌握用户的实际需求。1.2从建筑部位、专业协调方面进行优化主要包含以下方面［2】：（1）整体优化，即从建筑的整体设计体系、结构体系、安装体系方面入手进行整体优化。（2）局部优化，也就是针对建筑结构的不同部分进行优化，例如地基与基础结构优化、上部结构优化等。（3）阶段优化或寿命优化。在建筑工程使用年限内，根据各个阶段的特点进行优化。（4）基于结构设计与其他相关专业协调

5、优化，例如结构设计与建筑设计、结构设计与给排水系统、结构设计与电气设计之间的协调优化等。2建筑结构优化设计的策略分析2.1正确选择结构方案第一，应采用整体概念构思结构总体方案，并通过对结构与结构、结构与构件关系的处理，使结构和构件在整体上达到最佳受力状态。第二，结构设计时尽量采用传力途径简单、直接、明确的方案，因为复杂的传力途径不仅计算复杂，而iL容易出现计算错误，结果反而提高了造价，增加了安全风险。第三，尽量使结构平面的抗侧力刚度中心与建筑的质量中心重合或接近，以减小结构在外力作用下的扭转效应。第四，

6、通盘考虑结构中的所冇构件，使其在整体结构中的安全可靠度协调一致，以发挥各个构件的最大效能，在保证安全的基础上降低造价。第五，在项0决策阶段参与建筑方案设计，以使结构设计与建筑设计协调一致。2.2冇效选择结构体系以高层建筑为例，其结构形式有框架结构、剪力墙结构、框架-剪力墙结构、框支剪力墙结构、简体结构、巨型结构等。选择不同的结构形式，对经济性有显著的影响，而这也正是结构设计优化需要考虑的问题。选择结构体系可从功能适应性、受力合理性、经济有效性、施工方便性、抗灾减灾能力、美学效应等方面进行优化［3】。在建

7、筑结构设计初期可考虑采用遗传神经网络法初定结构形式，并选择可量化指标进行训练和检测；而在设计方案评估阶段可采用模糊综合评价法进行评判，可以利用层次分析法对不可量化指标进行评估。2.3合理选择优化方法结构优化的主要目标是提高方案的经济性，而材料消耗量与经济性冇着直接关系。而材料消耗量又与构件截面尺寸相关，但是确定截面尺寸不能通过0标函数求极值的方法获得，只能通过强度计算、位移变形约束条件得到，换句话说需要通过间接优化实现的。以高层建筑结构设计为例，要实现结构方案的直接优化，可采用满应力法进行结构设计。满应

8、力是指桁架杆件内的应力达到材料许可应力，这种情况下材料强度能够得到充分利用，所以构件截面最小，也最经济。采用满应力法进行结构设计，结构中的各个构件可以接近容许应力状态，使得各个构件得到优化。采用满应力法进行设计时，需先按照常规设计方法确定构件截面尺并创建一系列构件尺寸的数据库。然后再进行力学分析确定不冋工况条件下构件的约束条件（位移、内力），据此H•算构件的承载力。最后按满应力法调整构件尺使构件充分发挥材料性能。2.4准确理解和应用规范首先