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結構優化設計

        建筑結構設計優化在建筑結構設計中占有重要地位,合理選擇結構設計方案既能滿足有關技術要求,還能節約建設成本。建筑結構的設計優化是一個綜合性很強且十分復雜的系統性問題,設計人員一定要不斷深入研究結構設計優化方法,不斷提高自身水平,敢于創新,為人民居住提供安全保障。

        一、建筑結構設計優化概述來源http://www.artistbaron.com
        設計師對建筑結構的優化是一項專業性較強的工作。在明確建筑設計目的、使用功能的基礎上,用恰當的方法進行優化設計,建筑設計先制定多種對比方案,綜合考慮外立面的設計,再結合結構設計中安全實用和可行性較強的設計方案,對項目的優化設計進行綜合的考慮。因為建筑工程涉及的面比較廣,因此對建筑結構的優化設計涉及豐富的內容,主要包括建筑方案優化和結構、成本方案優化。如果再進一步細分,建筑方案優化包括總圖規劃方案、戶型方案、建筑風格等方面的優化等等;結構的優化設計包括:基礎結構方案的優化設計、結構選型方案的優化設計和結構細部設計的優化設計等等。設計師通過建筑結構設計可以合理分配固定資源和有限空間,最大化使用建筑設備和建筑材料,保證建成的房屋具有美觀,安全和舒適等特點。
        二、建筑結構設計優化方法來源http://www.artistbaron.com
        1、設計結構模型來源http://www.artistbaron.com
        對于建筑物的結構設計優化,房屋整體設計優化起到了至關重要的作用,對于房屋的整體設計優化我們應按照以下三步進行。第一步我們應該對變量進行合理的選擇。設計師在設計時參考指標的選擇不應選擇變化幅度大或者影響因素較多的參數,這樣就可以更加科學合理并快速的找到最優的參數取值。第二步我們應該選擇最適合的函數,進行輔助計算。在設計過程中會有很多可以計算預先設想的房屋橫截面尺寸和鋼筋尺寸面積的函數,而我們要做的就是對這些函數進行篩選,從而找到最適合的一組函數,這樣起到控制成本、減少浪費的目的。第三步是對于條件進行衡量。設計人員應該以增加房屋結構本身的穩定性和耐久性為考慮前提,結合工程本身的具體情況,對比實際施工中和設計確定目標的約束條件之間存在的差異,從而在設計時考慮進去這些差異,設計出更加符合要求的最佳方案。
        2、設定計算方案來源http://www.artistbaron.com
        依照可靠性對房屋結構設計進行的優化也會出現非線性的優化問題以及多約束性的優化問題,并且還會使多變量復雜化。所以,為了減少這些問題需要在進行分析計算的時侯,將有約束的優化問題轉化為沒有約束的優化問題進行求解。常常采取的優化設計的計算方法是Powell法、復合形法和拉氏乘子法等3種方法。
        3、結果分析來源http://www.artistbaron.com
        當計算機計算出結果之后,應該對結果進行分析,以此判斷設計方案的科學性與合理性。在進行房屋建筑結構設計時,應該保證房屋建筑結構設計滿足結構規范標準,這就要求設計人員從多個方面考慮,綜合分析之后更好的完善結構設計,降低建筑結構設計難度,在不影響整體施工質量的前提下,降低施工企業的施工成本。因此,在進行房屋建筑結構設計時,設計人員應該正視經濟與技術之間的矛盾,通過優化設計,有效的的解決經濟與技術之間的矛盾,盡可能的降低施工成本消耗。
        三、建筑結構設計優化應用來源http://www.artistbaron.com
        1、建筑整體的設計優化來源http://www.artistbaron.com
        對房屋建筑整體的設計優化需要先建立結構優化模型,再選擇優化計算方案和程序,然后進行計算結構的科學分析三個步驟來實現。第一步:(1)選擇并確定設計變量。設計變量一般選擇對建筑設計發揮著較大影響的因素作為參數,將那些對建筑設計發揮著較小影響的因素作為預定參數,降低設計工作量;(2)確定優化設計目標函數;(3)確定模型約束條件。一般在房屋可靠度優化設計中,其約束條件主要包括結構強度約束、應力約束、變形約束、裂縫約束、彈性約束等。第二步,在應用房屋結構設計優化方法時,建立于可靠度的優化設計變量較多、非線性優化較多,為方便進行計算,將約束優化轉變為無約束問題進行計算,計算方法主要包括拉式乘法、Powell法等。根據優化模型與計算方法,設計計算程序。第三步,通過優化模型的建立與求解,可以發現建筑結構設計中存在的不合理問題,提出解決方案,對建筑結構設計進一步優化處理,從而實現房屋結構的適用性、安全性、經濟性。
        2、基礎形式的選擇進行優化來源http://www.artistbaron.com
        根據相關調查數據顯示,在建筑投資成本中,建筑基礎形式占30%的比重,因此對工程成本最重要的影響因之一素就是建筑基礎形式。如果建筑工程基礎形式是科學合理的,對建筑工序是非常有利的,F階段,我國建筑工程中高層建筑居多,基礎結構的造價和地質條件的關系非常緊密。因此選擇恰當的地基非常重要。在優化基礎設計的前期階段,首先要對對地勘報告中參數等進行分析,抗浮水位的位置、報告對土壤參數的選擇是否保守、基礎持力層的選擇等等都會對基礎的選型產生很大的影響。其次對上部結構計算中的荷載等進行復核;最后進行多方案基礎選型從而確定合理的基礎方案,包括常用的預應力管樁基礎、沖孔灌注樁基礎、筏板基礎等。
        3、主體結構優化設計來源http://www.artistbaron.com
        在建筑工程上部位置相關結構進行設計實踐中,應當進行建模,并優化整體系統。在該過程中,最主要的就是合理設計剪力墻,并確保剪力墻工程均勻可靠性。通過將樓層平面剛度中心點、結構重心結合(或者重合)在一起,目的在于減少風力或者地震等災害造成的影響。在房建工程建設時,條件允許的情況下,應當最大限度地對剪力墻采取大開間構造模式,對剪力墻墻肢的長度進行加長,以此來減少墻肢,并且在標準要求下減少混凝土用量。同時,剪力墻暗柱設計時,利用的是普通類型的鋼材,如果剪力墻相對較大,則鋼筋的用量就會隨之減少,降低成本。實踐中可以看到,若建筑結構自身條件不具備,而且具有較高的抗震抗壓要求,則剪力墻構件不得太大。
        4、建筑結構優化與電氣優化的協調性來源http://www.artistbaron.com
        電氣管線通常都是以導線的形式被安裝在金屬管體外部以及墻體、樓板等地方,這必然會給預制的結構施工帶來困難。因此,若想將管線穿過梁體,則需要在梁體上事先預留相應的孔洞,并確保梁體寬度與相應墻體寬度保持一致。一旦梁體寬度與墻體寬度不同,則必須將梁體的一面與墻體的一面對齊,切勿讓管線漏在墻體表面。而且,就整體建筑而言,電梯部分會存在很多孔洞,且埋下的建筑構件也比較多。因此,建筑結構設計者需要重視對電梯部分建筑的相關計算分析,確保結構設計的科學合理性和安全性,并保證建筑施工質量。
        結語來源http://www.artistbaron.com
        綜上所述,利用好房屋結構在建筑結構設計優化上的優勢,可以很好的控制工程項目的資金投入,同時也增加了建筑本身的功能優點。特別要注意的是,一些建筑企業不應該只把眼光集中在結構設計優化所能帶來的利潤收益上,采取一些偷工減料的取巧行為達到提升收益的目的。而是應該全方面的對結構設計優化工作進行研究和分析,除了發揮出其帶來的經濟收益,也要看到其對當前建筑設計趨勢多產生的積極影響。設計工作人員也要不斷提高自己的設計水平和技術知識,跟上時代的腳步,與時俱進,勇于創新,為人民的居住及生活提供安全保障。


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