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1、 房屋建筑結構設計優(yōu)化技術及在房屋結構設計中的應用 摘要：本文將對建筑結構設計的優(yōu)化方法進行相關的介紹，并對建結構設計優(yōu)化方法在房屋結構設計中的應用進行進行簡要的闡述。希望通過本文的相關介紹讓讀者對建筑結構設計優(yōu)化方法在房屋結構設計中的應用有所認識。 關鍵詞：建筑；結構設計；房屋結構；優(yōu)化方法 隨著人們生活水平不斷提高，不僅對建筑實用性與安全性有所要求，而且對經(jīng)濟性與外觀也有所要求。然而，在對建筑結構設計的時候，必須考慮到施工的方便性，以便快速完工。對于建筑結構設計進行必要的優(yōu)化，不僅能獲得房屋結構的經(jīng)濟性、安全性以及合理性，還能使建筑更加美觀。本文將對建筑結構設計優(yōu)化方法在房屋結構中

2、的應用進行相關的闡述，希望對建筑設計工作者具有一定的指導作用。 1結構設計優(yōu)化技術的現(xiàn)實意義 對建筑結構的設計進行必要的優(yōu)化，在對于房屋結構相關的設計中的應用意義重大，不僅能夠滿足了建筑的實用與美觀，而且還可以有效地對工程造價進行控制。對于建筑商來說，其當然希望用最少的投資，而獲得最大的收益，然而又必須對建筑結構的科學性、可靠性以及安全性做出保證，這必然要求對結構設計進行優(yōu)化。結構設計優(yōu)化和傳統(tǒng)房屋結構設計進行比較我們可以發(fā)現(xiàn)：運用設計優(yōu)化的技術能夠降低建筑的工程造價。 2結構設計優(yōu)化的的功用 2.1降低總造價 相對于傳統(tǒng)的建筑結構設計方法，采用建筑工程結構設計優(yōu)化技術方法可以有效降

3、低工程成本造價20%-30%。進行結構優(yōu)化設計中，多層住宅和高層住宅相比較，層數(shù)越多，總建筑面積增大，單位建筑面積占用的土地面積就越小，節(jié)約了用地成本，但建筑層數(shù)的增多，建筑總高度也會加大，樓與樓之間的間距也要加大，這時占用的土地節(jié)約量就不與建筑層數(shù)增加比例相同了。對于基礎部分而言，雖然也是各層共用的，但是層數(shù)增加，傳給基礎的荷載將會增大，我們需要增大基礎，這樣單位面積的造價有所降低，但是卻沒有屋蓋的效果那樣明顯。 2.2提高建筑結構經(jīng)濟性 建筑結構優(yōu)化技術的實現(xiàn)可以對施工材料的性能利用更加合理化，從而提高建筑工程結構設計的經(jīng)濟性。建筑的層高增加，由于墻體面積和柱體積增加，結構的自重會增加

4、，基礎和柱的承載力相應增加，水衛(wèi)和電氣的管線會加長；相反降低層高，可節(jié)省材料，有利用抗震，同時建筑的總高度減小，兩建筑之間的日照距離就會減小，間接的節(jié)約了用地。建筑面積相同，建筑使用不同的平面形狀時，它的外墻周長也就會不同，這樣當選擇圓形或是越接近于方形時，外墻周長系數(shù)就越小，基礎、外墻砌體、內(nèi)外表面裝修都隨之減少，同時其受力性能也得到提高，增強了建筑的經(jīng)濟性能。 優(yōu)化方法的技術性實現(xiàn)，可以最合理的利用材料性能，使建筑結構內(nèi)部各單元得到最好的協(xié)調(diào)，不僅可以實現(xiàn)建筑美觀、實用，而且在造價方面也有較大的節(jié)省，達到了建筑工程設計對適用、安全、經(jīng)濟、美觀和便于施工的一般要求。通過使用優(yōu)化設計手段，達

5、到這個方面的最佳結合，符合現(xiàn)今建筑商對于建筑結構的效益的需求，也符合市場可持續(xù)發(fā)展的需求。結構設計優(yōu)化技術能夠使得建筑結構內(nèi)部的每個單元都得到最佳的協(xié)調(diào)，并可以對材料的性能進行最合理的利用。這樣不僅能夠保證相關規(guī)定的安全系數(shù)，還能夠實現(xiàn)對建筑結構設計的經(jīng)濟性與實用性。 3結構設計優(yōu)化技術在建筑結構設計中的步驟 3.1建立結構優(yōu)化的模型 在我們對房屋結構整體進行必要的優(yōu)化設計時候，可以分成三步進行建筑結構的設計優(yōu)化。下面將對每一步驟進行詳細的介紹： 3.1.1要對設計變量進行合理的選擇 通常在對設計變量進行選擇時，我們把對建筑結構影響的主要參數(shù)作為設計變量。如目標控制的相關參數(shù)（損失的

6、期望C2和結構的造價C1）和約束控制相關參數(shù)（結構的可靠度PS）等；然而還有一些影響不是太大，其變化范圍也不是很大或者由局部性以及結構的相關要求就能夠滿足相應的設計要求的一些參數(shù)，我們可以用預定參數(shù)來表示，這樣能夠使得我們的設計量、計算量以及編制程序的工作量均大大減小。 3.1.2對目標函數(shù)進行確定 在進行結構設計優(yōu)化的時候，我們還必須尋找一組能夠滿足相關的預定條件的截面相應的幾何尺寸、鋼筋的截面積以及相應的失效的概率的函數(shù)，使得工程造價最少。 3.1.3對約束條件進行確定 對于房屋的結構的設計優(yōu)化來說，必須確保結構的可靠度，來對優(yōu)化設計相關的約束條件進行相應的確定，設計優(yōu)化的約束條件

7、主要包括裂縫寬度約束、結構強度約束、尺寸約束、構件單元約束、應力約束、結構體系約束、從可靠指標約束到確定性約束條件以及從正常使用極限狀態(tài)下的彈性約束到最終極限狀態(tài)的彈塑性約束等約束條件。在進行結構設計的時候，我們必須對目標約束條件與實際的約束條件進行相應的比較與分析，再確保每個約束條件都必須滿足相關要求，以實現(xiàn)最佳的設計。 3.2對優(yōu)化設計的計算方案進行設定 根據(jù)可靠度進行的房屋結構的優(yōu)化設計具有多約束且非線性的優(yōu)化問題以及復雜的多變量，在進行相應的分析計算中，一般把有約束的優(yōu)化問題轉換成無約束優(yōu)化問題的求解。常用的優(yōu)化設計的計算方法有拉氏乘子法、復合形法、Powell法等。 3.3進行

8、程序的相關設計 根據(jù)可靠度進行的房屋結構的優(yōu)化設計的基本模型以及所使用的優(yōu)化設計的計算方法，可以編寫一個具有運算速度快以及功能齊全的綜合應用程序。 3.4結果分析 我們必須對相應的計算結果進行必要的分析比較，然后選擇出最佳的設計方案。在這個過程中，我們考慮問題必須全面，并且要對問題進行多角度的考慮。這一步驟在建筑結構設計優(yōu)化中尤其重要，合理的選擇設計方案，不僅能夠確保結構的美觀、安全性、合理性以及實用性，還能夠對施工中的資金的投入有著重大的影響。在結構設計優(yōu)化中只強調(diào)經(jīng)濟上的節(jié)約，而忽略技術上的相關要求，是不正確的；同樣只考慮技術上的要求，而不考慮經(jīng)濟的要求，也是不合理的。我們必須對兩者進行合理的配置，才能達到相關要求。