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建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的应用

  【摘要】房屋结构设计中,应用建筑结构优化设计方法可以满足这一要求,保证建筑美观、造型优美,同时又能够便于房屋的施工,使房屋安全、经济、适用。在进行建筑设计的实践过程中,应加强实践探索,降低经济成本,以达到经济效益的最大化,从而在保证经节约经济成本和达到美观要求的情况下合理进行结构设计。
  【关键词】建筑结构设计;优化方法;房屋结构设计
  一、结构设计优化方法的理论基础
  在进行工程项目和结构设计的过程中,需要考虑的因素很多,最终目的是要在保证设计对象基本适用功能和安全可靠性的情况下,把设计对象设计到最好的程度。这就涉及到工程和结构最优化的问题。用科学的语言来描述就是:利用确定的数学方法,在所有可能的设计方案的集合中,搜索到能够满足预定目标的、最令人满意的方案。
  从建筑理论上分析结构设计优化方法可以得知,结构设计优化方法主要体现在两个方面,其一是房屋工程部分结构的优化设计,其二是房屋工程结构总体的优化设计。后者的优化设计包括:屋盖系统方案的优化设计、围护结构方案的优化设计和结构细部设计的优化设计。穿插其中的,还包含选型、布置、受力分析、造价分析等项目,在实施过程中,应遵循一定的原则,结合具体工程的实际情况,从实际出发,围绕房屋建筑的综合经济效益目标进行结构优化设计。
  在设计安全被保证的情况下,建筑师应开拓创新,挑战新的结构形式。在建筑结构设计的过程中,建筑师的设计意图应能够得到基本满足,应设置尽量符合规则的平面布局,使其对称;同时缩小质量中心和刚度中心的差异,使建筑物在水平荷载作用下不致于产生太大的扭转效应。在竖直方向的布置上,应确保在满足功能要求的情况下,尽最大可能贯通竖向的承重构件;为使结构分析和设计上的难度不致于太大,减少不必要的经济浪费,使应力分散,转化层应尽可能少地使用;竖直方向的刚度要渐变,而不要突变,如若不然,在水平荷载作用下,突变处会产生严重的应力集中现象,这是非常不利于结构抵抗水平动力荷载的。
  二、结构设计优化技术的意义所在
  在房屋结构设计中运用建筑结构设计可以起到非常好的效果,这不仅可以使房屋看起来更加美观,用起来更加实在,而且也能够节省大量的造价,起到良好的效果。几乎每一个建筑商都希望,在建筑结构的长远效益得到满足的情况下,应尽可能地降低建筑结构的近期投资,与此同时,保障建筑物结构的可靠性和科学性。只有这样,才能顺利实现可持续发展,得到更多、更大的经济效益。
  采用设计优化的方法与采用传统房屋结构设计方法相比优点是十分明显的,它可以使建筑工程造价得到大幅度降低,降幅达到35。要实现优化方法的技术性问题,材料的性能要合理利用起来,争取协调好建筑结构内部的各单元,达到建筑规范所规定的安全水平。同时,优化方法的技术性实现还可以合理决策建筑整体性方案设计,它可以有效实现建筑设计的经济化、实用性和适用性的良好目标。
  三、结构设计优化技术在建筑结构设计中的步骤
  (一)结构优化模型
  房屋结构整体优化设计方法分以按3个步骤进行。首先,选择设计变量。一般把对设计要求起主要影响作用的参数作为设计变量,如目标控制参数(结构造价C1和损失期望C2)和约束控制参数(结构的可靠度PS);而将那些对设计要求来讲,变化范围不大或是根据结构要求或局部性的设计考虑就能满足设计要求的参数等作为预定参数,这可以大大减少设计、计算和编制程序的工作量;其次,确定目标函数。寻求一组满足预定条件的截面几何尺寸和钢筋截面积以及失效概率,从而使总费用最小;第三,确定约束条件。房屋结构基于可靠度优化设计的约束条件,则包括尺寸约束、结构强度约束、应力约束、变形约束、裂缝宽度约束、构件单元约束、结构体系约束、从正常使用极限状态下的弹性约束到最终极限状态的弹塑性约束、从可靠指标约束到确定性约束条件等。在设计中,要使结构优化设计应用于实际房屋结构工程,则是路房屋结构设计中实际的约束条件与目标约束条件相比较,保证各约束条件都符合现行规范的要求,以实现最优设计。
  (二)设定优化设计计算方案
  房屋结构基于可靠度的优化设计问题属于比较复杂的多变量、多约束非线性优化问题,一般情况下,在计算过程中,应转化问题求解,即将有约束优化问题转化为无约束问题。可以利用起来的优化设计计算方法有复合形法、拉氏乘子法、Powell法等。
  (三)进行程序设计
  根据基于可靠度的结构优化模型和选择的优化设计计算方法,编制功能齐全、运算速度快的综合程序。
  (四)结果分析
  对计算结果进行分析,确定最优设计方案。
  在上述步骤的执行过程中,涉及的问题包括多个方面,所以要全方位、多角度地考虑。这主要是因为建设投资这项工程的耗资非常大,涉及到的情况非常多,所以,总法则和考虑必须综合进行,不能片面地追求资金的节约而不顾设计的优化作用。技术与经济之间存在一对矛盾,要能够正确处理,因为它是控制投资中至关重要的环节。因此,在设计中片面强调经济节约是不正确的,应满足技术上的相应要求,使项目达到相应的功能倾向,与此同时,要反对重视技术,轻经济、设计保守浪费的现象。
  四、结语
  总而言之,建筑结构优化设计方法的研究涉及面广泛,具有十分复杂的特点,是一项综合决策问题。适用、经济、安全、便于施工和美觀是建筑工程设计优化追求的五种效果,而这五个方面的侧重点各不相同,相互之间又存在一些矛盾的地方,所以,在进行建筑设计的实践过程中,应加强实践探索,降低经济成本,以达到经济效益的最大化,从而在保证经节约经济成本和达到美观要求的情况下合理进行结构设计。
  【参考文献】
  〔1〕王智锋,孙之如。建筑结构概念设计的优化〔J〕。河南水利与南水北调。2010(09)2324。
  〔2〕李锋。浅谈现代建筑结构优化设计〔J〕。科技资讯。2010(26)8889。

曲林歌赠曹君时范十首其七起个诗意的名字明代顾璘凋尽山中宰相松,长风无地吼蛟龙。曹公种子苍髯老,更引寒涛响后峰。曲林歌赠曹君时范十首其七顾璘介绍顾璘(1476~154……于按察泉庄杂咏十四首其十平峦起个诗意的名字明代顾璘翠屏高千尺,行坐日相对。宇内有红尘,尽在岩峦背。于按察泉庄杂咏十四首其十平峦顾璘介绍顾璘(1476~1545)明代官员……送崔九过丹阳却起个诗意的名字宋代严羽江国归心一雁牵,河楼分手数杯传。千崖万壑秋声里,匹马孤帆落照边。牛渚寒波翻极浦,荆门晚树合遥天。他时莫枉瑶华问,南北相思各渺然。……题画寿周秉道起个诗意的名字明代邵宝郁郁顾山树,青连东海天。几家能卜世,此老夙称贤。大隐非居市,长生不问仙。骑迎侯子左,鞭让祖生先。兰已充佳佩,芹将荐御筵。舟横……游麻姑山二首其二起个诗意的名字明代邵宝几曲登登破岭烟,一亭一曲兴超然。开云田画殷人井,转壑泉分禹日川。独鹤每翔新表外,双松长倚旧坛前。颜碑谩为传闻录,屈指于今又许年。……游仙六首其六起个诗意的名字宋代严羽瀑布好明月,上有石梁横。矫首望东海,正见蟾蜍生。扬辉天汉閒,下照篷丘城。桂实几凋落,姮娥空闻名。咄哉玉斧子,不如白兔精。灵药……寄夏原舟时从军沈阳起个诗意的名字元代陶宗仪分离忽两春,役役几艰辛。兵籍何时落,乡书此日真。乾坤同是客,风雨正愁人。望断浑河远,萧萧白发新。寄夏原舟时从军沈阳陶宗仪介……机山怀古次赵廷采韵起个诗意的名字元代陶宗仪昭侯功业在人间,二俊文章若可攀。西洛竟从王囧辟,秋风不遂季鹰还。平原村迥家山静,华表云深鹤梦閒。有客舣舟来吊古,空林落叶雨潸潸。……次韵送张处善归枫溪起个诗意的名字元代陶宗仪慨世浮名散若烟,喜君浩气直如弦。兵戈避地三江曲,湖海论交廿载前。夜雨漫怀扬子宅,早潮催发米家船。枫林渺渺晴云外,此去添予别绪牵。……寄掌教吴先生起个诗意的名字明代庄昶三年怀此老,何处是衢州。眼界真千里,空中正一楼。人心周凤鸟,天道鲁春秋。此意今谁领,空江自白头。寄掌教吴先生庄昶介绍庄……寄灵璧县博陆先生其二起个诗意的名字明代庄昶往日梭山老,三年梦欲猜。交平千古定,天送一书来。鱼鸟真堪约,溪云只老怀。梅花堪寄否,惆怅钓鱼台。寄灵璧县博陆先生其二庄昶介绍……关中二首其一起个诗意的名字明代韩邦靖不得秦中信,今传关内兵。饥荒失抚御,盗贼遂纵横。渭北何由定,商南岂可行。不知今日将,谁是汉长城。关中二首其一韩邦靖介绍……
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