结构设计优化在建筑设计中应用题目

摘要：做好结构设计优化对于建筑设计有着重要的意义，本文主要分析了结构设计优化的主要方法，并探讨了设计优化与经济型的关系，并指出了如何使用概念设计来进行这一工作，旨在为这方面的研究起到一定的指导作用。
关键词：结构设计优化；建筑设计；概念设计；

1、引言
随着社会的发展，建筑企业之间的竞争性越来越强，如何能够在不影响建筑质量的前提下降低企业施工的成本对于提升企业的竞争力有着重要的作用。而通过合理的结构优化设计，我们可以很好的达到这一目的，因此，本文针对结构设计优化在建筑设计中的应用具有重要的实践意义。

2、结构优化设计的意义

在不影响建筑的质量以及建筑结构长远效益的前提下，我们要尽量减少建筑结构的近期投入并提升建筑的可靠性。实践证明，通过结构优化设计的合理使用，可以讲建筑工程的造价降低5％～30％。这主要是通过这一优化技术，我们能够在最大程度上发挥建筑材料的性能，并使得建筑构内部各单元得到最好的协调。因此，在我们的工作中，应做好这方面的工作以降低企业的成本，进而提升企业的竞争力。

3、结构设计优化的主要方法

在我们的建筑设计过程中，除了要确保建筑设计的美观、安全、经济，还要保证建筑的适用性以及其便于施工性，应对这几种效果进行统筹的考虑。而在这个过程中我们最常使用的方法就是采用建筑设计优化设计技术，做好这方面的工作能满足我们对于建筑物在五个层次上的需求，使其成为真正意义上的"经济适用"房。而针对结构设计优化技术的应用，在我们工作中，其主要体现在建筑的整体结构优化以及建筑局部结构优化这两个方面上。
其中，建筑局部结构优化技术主要包涵了以下几个方面：对于基础结构设计的优化、对围护结构设计的优化、对屋盖结构设计的优化以及对于建筑结构细部设计的优化。在这几个方面的优化过程中，我们的优化设计又可以分为以下内容：选型、受力分析、布置、造价分析等。因此，当我们在对建筑进行结构设计优化的过程时，应依据我们工程的具体情况，在保证建筑质量的前提下，以减少建筑的综合造价为目的来指导我们进行结构设计优化。
在我们具体工作开展的过程中，要首先确定足设计的期望，然后利用平面设置的规则，尽量减小刚度与质量中心之间的差距，通过这些手段，会保证水平荷载不会使建筑物出现较大的扭转作用。在竖直的方向上，要尽量避免转换层的使用，这可以减小应力集中的问题。其中，做好结构设计优化的模型以及结构设计优化的方案对于我们整体工作的开展有着重要的作用。
（1）结构优化设计模型
所谓结构优化设计模型，指的是通过在很多影响变量中选取出影响较大的主要参数，并基于这些参数设计一个函数

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模型，最终使用科学的方法求出最优解。在我们结构优化设计模型建立的过程中，其步骤主要可以分为以下几个方面：首先，选取合理的变量，一般我们的做法是选择对设计要求影响较大的参数，然后对所选出的参数进行分级，主要用于确定其各自的重要性，将对变化影响不大的参数定为预定参数，这样可以有效地降低我们编程与计算的工作量。其次，确定目标函数，并利用目标函数求出满足已知条件的最优解。最后，确定约束条件，在我们的工作中，约束条件有很多，比如裂缝宽度约束、应力约束、尺寸约束、结构强度约束、从正常时的极限状态下弹性约束到终极状态的弹塑性约束、从可靠指标约束到确定性约束条件等。我们最主要的工作就是确定这些约束条件符合相关的规定。
（2）结构优化计算方案
在我们的结构设计优化中，一般会有很多变量以及多个约束条件，这就是其成为了一个非线性的优化问题，因此我们在结构优化计算方案的过程中，普遍会将约束条件转化为无约束条件来进行计算。其中，最为常见的方法有：拉氏乘子法、符合型法、Powell等。通过这些方法，我们只需要编写相应的运算程序就能完成我们的结构优化计算方案并获得最终的优化结果。

4、结构设计优化与经济性的关系

（1）在我们的建筑中，往往层数越多，单位建筑所能够分摊的房屋占地面积就越少。不过，一般房屋的层数越多，其高度也会越高，其房屋之间的间距也必然会增大，所以，用地面积的造价与房屋的层数并不成正比例关系。
（2）建筑的层数虽然和建筑用地造价有直接关系，但是其在各部分上的表现却有所不同。一般来说，不论建筑的层数是多少，而屋盖只能够一个，这说明屋盖的造价和建筑层数基本成一个反比例的关系。而针对建筑的基础结构，虽然建筑的基础只有一个，但是由于层数越多，其基础的荷载就越大，要加大承载力结。因此，基础部分的单位面积造价随层数增加而有所降低，不过不像屋盖那么明显。另外，承重结构，如墙、柱、梁等，随层数增加而要增强承载能力和抗震能力，这些分部结构的单位建筑造价将有所提高。
（3）随着楼层的增加，墙体面积与体积自然会增加，而且会增大结构的自重、基础的承载力以及电气管线的长度等，因此，楼层的增加会一定程度上导致楼体造价的升高。
此外，相同的建筑面积，如果其平面形状有所不同，其外墙周长的系数也会出现变化。比如，越接近方形，其外墙周长系数会越小，外墙砌体、基础、内外表面装修等也随之减少，并且受力性能好，造价会降低。

5、概念设计的应用

概念设计是我们进行结构设计优化的一个重要的手段。 在我们的结构优化设计中，很多问题是没有统一答案的，需要我们设计人员根据自身的经验进行判断。比如，针对某一建筑方案，我们可以使用不同的结构布置；在对结构布置确定了以后，我们针对同一荷载又有着很多不同的分析方法；在我们的分析过程里，所使用的参数、材料等也会存在很多变化；建筑物细部的处理也会存在很多不同等。在以上的设计优化中，我们应遵循一般规律，并根据自身经验进行，这也正是我们所说的概念设计。
在我们的概念设计中，会遇到各种各样的问题，而我们的工作就是通过概念设计使建筑物免受这些问题所带来的破坏。所以，分析如何应付建筑物可能遭遇到的各种不确定因素时概念设计的重要内容。在这些不确定因素中，地震作用最为难以琢磨，破坏性也最大。因此，我们在设计过程中要做好提升建筑物抗震性能的措施，比如刚度均匀、对称是减小地震在结构中产生不利影响的重要手段；延性设计则能有效地防止结构在地震作用下发生脆性破坏；多道设防思想能使建筑在特大地震作用下次要的构件先破坏，消耗一部分地震能量。这些措施在我们的结构设计优化中都是非常重要的。
6、结语
结构设计优化在建筑设计中的应用对于提升建筑质量、增加企业的竞争力有着非常重要的意义。但是，通过上文可以看出，此工作所涉及的环节比较多且技术要点也比较多，这就给我们的设计人员带来了一定的挑战，针对这一情况，我们应加强自身的学习，对于先进的经验要善于借鉴，只有这样才能切切实实的做好这一工作。我相信，随着技术的不断提升，未来我们在这方面一定会做的更好。
参考文献
建华;;国际工程建筑结构设计探讨[J];有色金属设计;2006年01期.
马国库;徐太安;;浅谈结构概念设计在建筑结构设计中的作用[J];黑龙江科技信息;2008年35期.
[3]钟玉云;;建筑结构设计中概念设计的应用探讨[J];福建建材;2010年04期.
[4]中国新型建材集团工程咨询有限公司总工程师 涂平涛;建筑结构设计优化与新材收缩剖析[N];中国建材报;2001年.
[5]博州建筑规划设计院 何卫民 张永山;浅议建筑结构设计中的概念设计[N];博尔塔拉报;2007年.
[6]天水市建筑勘察设计院 陈龙;浅谈建筑结构设计中的概念设计[N];天水日报;2008年.

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