建筑结构优化设计

[工程技术] Engineering and Technology2013 .10下总第440期建筑结构优化设计杨媛媛'刘哲2(1.天津市新型建材建筑设计研究院，天津30002; 2.天津昆仑兆业投资有限公司，天津30002)摘要:在工业以及民用建筑中，对于建筑结构的优化设计一直是建筑师和结构师共同追求的目标，建筑师和结构师在从事建筑、工程项目设计时，总是希望通过现有技术手段，在满足一定客观条件和使用要求的同时，达到经济、安全、美观、符合使用要求的最佳方案关键词:结构设计;优化设计;数学模型;优化措施;优化计算中图分类号: TB482.2文献标志码: A文章编号: 1000-8772 (2013) 29-0209-02一、概述在选择变量时，挑选的都是那些对于整体结构设计起到主要影响的参数,例如结构的总造价、结构损失期望值、结对于工民建工程项目的优化问题，能够使方案达到最佳构的可靠度等，而其他- -些对 于结构整体设计而言，其自身的的一系列数学方法称为最佳优化方法，当这些优化方法应用变化范围不大, 或者在局部设计中可以满足要求的参数就不作到工程实际中去的时候就称为优化技术。建筑结构的优化设为设计变量。 从众多变量中筛选出起到主要作用的参数，就可计一般而言会分成狭义和广义两个方向。从狭义上来说，优以大幅度降低设计、 计算和编制计算机程序时的工作量。化设计就是钢筋抽取问题，但是如果仅仅是在结构设计过程2.选出目标函数中将钢筋抽掉，这样做只是降低了整体结构的安全储备，并在所有函数序列中找到--组可以同时满足构件的截面尺没有达到想要的优化设计目的，也就是说这并不科学。而另寸、钢筋的配筋率等构件设计要求的数值，该组数值要能满一个方向从广义上讲，结构优化设计就不仅包含对于结构设足造价方面的要求，力求达到造价最低的目的。计本身的一一种不必要冗杂配筋的去除，还包括建筑的其他各3.确定计算的约束条件个方面，比如舒适性、建筑容积率、建筑空间利用效率、建基于结构可靠度要求的设计约束条件，包括构件尺寸的筑节能性等各个方面。约束、结构强度的约束、应力约束、变形约束、裂縫宽度约结构设计的最优化问题其实- - 直伴随着建筑史的发展而发束、构件单元约束、结构体系约束、从正常使用极限状态下展，进入现代社会之后，开始利用数学概念对建筑结构进行优的弹性 约束到最终极限状态的弹塑性约束、从可靠性指标约。结构设计的近代优化设计大体上可以分为三个阶段。束到确定性指标约束等。在建筑工程结构设计中，想要将结， 将整个建筑工程建立成- -个数学模型。构最优化设计的结果应用到实际结构设计中，就需要对建筑第二，通过寻找一个合理高效的数学计算方法对建筑结工程实际的约束条件和计算过程中所采用的目标约束条件相构进行优化设计。比较，保证各个约束条件满足现行国家规范要求，从而为实第三，利用计算机软件编程技术，编制出一套符合客观现最优化设计提供可 能。实际的计算程序，对整个结构进行全数字化处理。(二)优化设计计算方案的确定但是，做结构设计的人一-定要注意，利用这些数学方建筑工程的可靠度优化问题是一个复杂、 影响因素多、法，一定会给出一个在已知且给定条件下的最优解，与此同约束条件不唯-一、 约束复杂、非线性的问题。在实际计算过时需要注意的是，通过数学方法计算出的这个结果是不是最程中， -般是将这种有约束条件的问题转化成-一个没 有约束符合工程条件的可得解。因为建筑工程的结构设计是一项非条件的问题 进行计算，完成之后再通过利用公式计算，达到常复杂的内容，它包括在一-定经济条件下，要满足建筑的安有约束 条件下的可靠度结果。全、美观、使用要求、节能要求等。在利用数学方法进行解(三)计算程序的设计析计算时，往往是会考虑其中的一些起到主要作用的因素,这个步骤就需要专业人员进行，对于这项工作，从业人.而忽略掉--些客观因索的影响，如若放到真正结构设计中,员一定要是懂得基本结构设计原则，同时对于计算机编程也就要通过自己的分析,将这些客观因素融人到设计中。也就有一定研究。在优化结构数字模型和确定优化设计计算方案是说，在利用数学方法结算得出最优解时，还要根据自己的基础之 上，利用计算机编制出一套可以用来计算在各种约束全面判断，对其进行- -些必要的修改。条件综合作用下建筑优化设计的程序。二、结构优化设计步骤根据第三步计算程序所得的成果进行深人分析，选出最合适的结果，从而确定出最优化的设计方案。(一)优化结构数字模型一般而言，工民建结构设计的整体优化方案可以按照以三、对建筑工程结构进行优化设计的现实意义下几个步骤展开。1.选择设计变量建筑结构的设计从始至终都在追寻一一个目标: 用最少收稿日期: 2013-10-13中国煤化工作者简介:杨媛媛(1985-)，女，天津人，本科，结构工程师。研究方向:结构设计HCNMH G .09 CHINESE & FORE 1GN ENTREPRENEURSEngineering and Technology [工程技术]2013 .10下总第440期的费用建造出最符合业主要求的建筑物。对建筑工程进行优四、总结语化设计的方法恰恰是为这个目的提供了- -个有力条件，为这一目标提供了无限可能。数字化模型、现代数学的引人都为总而言之，针对建筑工程的结构优化设计方法研究不结构优化设计提供助力。通过现代方法对建筑结构工程进行是--个简简单单利用数学方法进行分析建筑最优解的问题，优化设计，不仅能够实现建筑师所要求建筑物的美观、实用而是--个涉及到很多学科，非常复杂的综合决策性问题。进性、节能性，还在业主所希望的节约成本、降低造价方面有行建筑工程设计的一般原则是:适用、安全、经济、美观、着很好的作用。便于施工，这几个方面既相互联系又相互制约，如果侧重某对于建筑工程的优化设计，节约目标成本是一一个重要目-个方面就必定会牺牲掉另外- -方面，这就是矛盾所在，不的，这一目的的达成,既满足了业主的要求，又能体现出建可能所有方面都能够照顾得很周全。这就要求建筑结构工程筑师和设计师的水平，这是推动结构优化技术不断发展的社师对整个工程要挑选出-一个最合适的结果，利用建筑工程优会动力。当然，在节约成本的同时，一定要满足结构中最重化方法;还需要建筑结构设计的从业人员在以后的实践过程要的安全可靠性，就像前面所提到的，通过数学方法,得到中多多学习，多多摸索，多多探寻新方法,综合其他学科知的可能是最优解，但不--定就是最终所需要的结果，还需要识，以最低造价实现最佳设计要求，满足结构的适用性、安对建筑物的其他各个方面进行综合考量,从而选出-一个最符全可靠性、美观性以及方便施工的目的。合要求的优化结果。唯有如此，才能真正做到可持续发展,实现更多、更大的市场利益。参考文献:通过这些年的实际工程应用发现，与传统的不经过结构[1 ]张炳华.土建结构优化设计[M].上海:同济大学出版社,2008.优化设计的建筑工程项目相比，利用结构优化方法进行优化[2]冯泳 高层住宅墙体的合理等效惯性矩[J]建筑结构,1998.后的建筑方案，在工程的总造价方面，-般会有5%~35%的[3]蒋启平.工程结构优化设计的新方法[].工业建筑，2008:15-降低，这一点对于整个建筑行业而言都是不容小觑的事实。优化设计的好处不仅仅表现在这一一个方面， 在施工技术方面[4]汪树 玉结构优化设计的现状与进展[)].基建优化2007:12-也有着不俗的表现。优化方法的技术性实现，能够对建筑工程中的材料性能进行充分而又合理地利用，在可靠的安全[5吴学敏. 钢筋混凝土结构抗震设计中-一些问题的探讨小建筑度范围内协调好建筑物内部各单元之间的结构关系。与此同结构,1998.时，针对建筑工程的优化设计，它还可为建筑整体性方案设[6]顾渭建 ,邱鸿高层剪力墙结构墙体间距方案比较研究[J].建计进行合理决策。优化技术是实现建筑设计的适用、经济和筑结构,1998.安全目标的有效途径。(责任编辑: 刘圆)(_ 上接第208页) 始人。其代表性作品就是德国展览馆，其设建 筑曾经- - 度沉陷于具有千篇一律特点的国际式建筑中,计中追求的是对材料的纹理颜色和质感的做工精美和真实表到处都是采用玻璃和钢构成的火柴盒式造型，丧失了建筑设现。这种对玻璃和钢两种材料的交替运用，被世人誉为“密计的室内空间和建筑个性。这种漠视人类情感、不顾文化环斯风格”境、迷信技术以及割裂历史的国际式建筑遭到人们指责，促2.表现主义建筑的应用与发展使各国建筑师都在努力尝试打破这一种建筑模式，使得现代从二十世纪初，设计师们对表现主义的建筑就开始不断建筑的发展呈现多元化格局。探索。首先，最具代表性的是门德尔松，其建筑设计主要是对弧线和曲线的运用，从而在动势和块体的几何中寻求一- 种四、结束语关于生命力的表达。而最具代表性的就是法国的公议局以及德国的爱因斯坦天文台。其次，德国著名建筑师夏隆，其设关于现代主义建筑中的有机建筑和表现主义建筑都具有计出举世闻名的柏林爱乐音乐厅，它很好地体现了表现主义源远流长的历史，在建筑设计中得到广泛运用。而面对现今思想，在平面规划上不再进行方正分割，而是随着基地的条建筑设计多元化的格局，必须要结合城市的实际情况，通过件进行延伸，表现出-一种流动性的空间感。再者,勒.柯布西综合性分析，提高建筑设计水平，使居民对建筑的需要能够埃所设计的萨伏伊别墅也很好地体现了表现主义特点:一是很好地得到满足。自由立面;二是在建筑立面上对窗户进行横向开设;三是对钢筋混凝土形成的平面进行自由布局;四是在屋顶上设置花参考 文献:园;五是底层通过独立立柱进行部分或全部腾空。其晚年为[1]迟晓军,姚璐实现平易建筑的设计方法[].黑龙江科技信法国设计的朗香教堂，更是塑造怪异却让人难以忘怀的一一个息，2009 (24 )建筑形象，使其成为- -大经 典旅游之地。[2]姚璐，迟晓军.视错觉在建筑设计中的应用]黑龙江科技信息2009 (25)三、现代主义建筑的发展趋势[3]迟晓军,刘雅琴周丽艳语气词在命令式句子中的修辞色彩.[J].内蒙古民族大学学报(社会科学版) ,2003 (3).现代主义建筑强调的是建筑的功能以及新工艺、新结构[4]迟晓军,刘雅琴.古诗分析指导[J].昭乌达蒙族师专学报,和新材料的运用，其审美体验主要以简洁美和抽象美为主，2003 (2).走一条切合工业时代发展的设计之路。然而，由于工业时代强调批量化、标准化以及效率等特点，导致二战以后的现代(责任编辑:刘圆)中国煤化工MHCNMHGCHINESE 。FORE ICN ENTREPRENEURS 21