建筑结构设计的优化设计研究

2018-02-17高本泰董晗

建筑与装饰 2018年3期

关键词：剪力墙结构设计变量

高本泰董晗

中铁置业集团西安有限公司陕西西安 710000

在建筑工程当中，结构设计是其建设过程中的重要环节之一，其设计是否合理，会对建筑质量造成巨大的影响，针对建筑的结构设计进行优化设计，能够为我国未来的建筑结构优化设计奠定基础，因此，有必要针对该项内容进行深入的研究。

1 建筑结构当中的优化设计流程

1.1 目标函数选择

相关设计人员在进行建筑结构的优化设计时，必须要对建筑结构当中的目标函数加以确定，例如，建筑结构的面积参数、安全指标，建筑材料的具体情况等，对优化设计所需的工程造价进行准确的计算，设计人员应该对工程造价的方式进行选择和判断，在确保质量标准的前提下，对造价最低的设计方案加以选择，从而对建筑工程的造价进行有效的控制。

1.2 变量选择

在目标函数选择完成以后，设计人员应该对建筑结构当中的变量进行选择。所谓变量选择，主要是指设计人员对设计过程中可能会造成影响的因素进行分析，例如，成本变量、重量变量以及刚度变量等，对影响较大的因素加以选择，并对其进行准确的计算和有效的控制，从而将变量选择的作用充分地发挥出来，在对建筑结构进行设计的过程中，对变量因素进行正确的选择，会对建筑结构设计当中的各项内容造成直接的影响[1]。

1.3 约束条件选择

从可靠性入手对建筑结构设计进行优化和创新，需要对建筑结构中的约束条件及定量内容进行判定，将约束条件限制在相关工程标准的范围当中，使建筑结构的优化设计成为可能，例如，建筑结构的设计人员在对结构强度、尺寸及应力大小等约束条件加以判断时，应该结合建筑结构的具体情况加以选择，使建筑结构设计能够具备更高的科学性和规范性。

2 推动建筑结构优化设计实现优化设计的具体措施

2.1 对拓扑优化措施加以应用

通过研究我国建筑结构设计当中的问题发现，目前我国的建筑结构设计在优化与创新方面具有非常迫切的需求，设计人员在进行结构设计的过程中，应该对拓扑优化方法加以应用，目前这种优化方法有很多种，例如程耿东提出的松弛法、以遗传算法为基础的拓扑优化等，具体是通过建筑结构的理想化分布以及刚度条件分析，将具有结构优化功能的材料离散成体单元或是壳单元，结合相关算法对结构当中的单元去留加以决定，保留的单元即可作为最终的优化方案，以此来达到优化的目的，对建筑结构的质量进行全面的提升，利用拓扑设计对结构重量进行有效的控制，提升机构设计的性能要求，使建筑结构设计的方法更具概念性和逻辑性，使设计人员能够在建筑结构优化分布形式的探索当中，对建筑本身经济效益进行有效的挖掘。

2.2 外形优化设计

当前阶段，我国在建筑结构的设计方面需要进行有效的创新与优化，在进行具体设计的过程中，设计人员应该对外形优化措施加以应用，以固有截面优化措施为基础，适当的调整建筑的内部形状和结构框架，使设计的完善性得到有效的提升，以此来保证建筑结构的设计质量。

在进行建筑结构的设计时，必须要对建筑的具体情况加以了解，结合目前建筑结构设计方面的相关标准，对初步设计方案进行有效的修改，对外形优化设计的方法加以应用，应该按照建筑设计的相关标准对结构外形特征进行划分，在设计当中，主要应用连续性结构设计和杆系结构设计，其中，杆系形式的外形设计，需要对建筑结构当中的节点坐标选择保持重视，并将其作为设计中的变量因素，使外形优化设计中的各项要求能够得到有效的满足。

2.3 截面优化

对于建筑结构而言，其结构的细节设计是保证建筑安全。稳定的关键内容，建筑结构的设计人员在对建筑截面进行处理的过程中，必须要对截面结构的安全性及稳定性进行全面的考虑，确保截面部位运算的科学性和准确性，使截面设计的各项要求得到满足，在对建筑截面的设计实施优化设计时，设计人员应该对设计的准确性进行增强，并根据计算数据完成各项操作活动，使建筑截面具有良好的稳固性，使建筑使用寿命得到有效的保障[2]。

3 建筑结构优化设计的注意事项

3.1 对优化的层次性保持重视

在建筑结构设计当中，优化设计体现在很多方面都有体现，在对结构进行整体优化的过程中需要对结构设计中的复杂性和层次性保持重视，特别是建筑体系、安装设计体系以及结构体系等方面的内容，要进行重点的关注，设计人员要通过下属体系的优化设计，使工程当中的叠加目标得以实现。

3.2 对剪力墙结构的布局进行优化

在针对建筑上部结构进行优化设计的过程中，需要对剪力墙布局的科学性保持重视，确保剪力墙具有较为均匀的质量，同时还要对楼层平面刚度及结构中心的结合加以关注，这样能够有效降低外部因素对建筑结构的影响，包括地震、风力等影响因素，如果建筑类型允许，可以使用大开间剪力墙结构，并增加墙肢长措施，以此来提升剪力墙的刚度需求[3]。

3.3 对设计的协调性保持注意

在对建筑进行结构设计时，应用优化设计方法，需要对各方面的协调性加以保证，有效强化建筑平面及结构之间的配合，在对结构设计当中的柱体和墙体进行设置的过程中，要保证布置能够满足建筑平面功能的具体需求，使建筑的内部空间得到保障，在结构设计当中，应该体现结构系统的简洁化，这种简洁化不管是在高度上还是在界面上都应有所体现。