[工程技術(shù)] Engineering and Technology2013 .10下總第440期建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)楊媛媛'劉哲2(1.天津市新型建材建筑設(shè)計(jì)研究院，天津30002; 2.天津昆侖兆業(yè)投資有限公司，天津30002)摘要:在工業(yè)以及民用建筑中，對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)一直是建筑師和結(jié)構(gòu)師共同追求的目標(biāo)，建筑師和結(jié)構(gòu)師在從事建筑、工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)時(shí)，總是希望通過(guò)現(xiàn)有技術(shù)手段，在滿足一定客觀條件和使用要求的同時(shí)，達(dá)到經(jīng)濟(jì)、安全、美觀、符合使用要求的最佳方案關(guān)鍵詞:結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);優(yōu)化設(shè)計(jì);數(shù)學(xué)模型;優(yōu)化措施;優(yōu)化計(jì)算中圖分類號(hào): TB482.2文獻(xiàn)標(biāo)志碼: A文章編號(hào): 1000-8772 (2013) 29-0209-02一、概述在選擇變量時(shí)，挑選的都是那些對(duì)于整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)起到主要影響的參數(shù),例如結(jié)構(gòu)的總造價(jià)、結(jié)構(gòu)損失期望值、結(jié)對(duì)于工民建工程項(xiàng)目的優(yōu)化問(wèn)題，能夠使方案達(dá)到最佳構(gòu)的可靠度等，而其他- -些對(duì) 于結(jié)構(gòu)整體設(shè)計(jì)而言，其自身的的一系列數(shù)學(xué)方法稱為最佳優(yōu)化方法，當(dāng)這些優(yōu)化方法應(yīng)用變化范圍不大, 或者在局部設(shè)計(jì)中可以滿足要求的參數(shù)就不作到工程實(shí)際中去的時(shí)候就稱為優(yōu)化技術(shù)。建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)為設(shè)計(jì)變量。 從眾多變量中篩選出起到主要作用的參數(shù)，就可計(jì)一般而言會(huì)分成狹義和廣義兩個(gè)方向。從狹義上來(lái)說(shuō)，優(yōu)以大幅度降低設(shè)計(jì)、 計(jì)算和編制計(jì)算機(jī)程序時(shí)的工作量?；O(shè)計(jì)就是鋼筋抽取問(wèn)題，但是如果僅僅是在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程2.選出目標(biāo)函數(shù)中將鋼筋抽掉，這樣做只是降低了整體結(jié)構(gòu)的安全儲(chǔ)備，并在所有函數(shù)序列中找到--組可以同時(shí)滿足構(gòu)件的截面尺沒(méi)有達(dá)到想要的優(yōu)化設(shè)計(jì)目的，也就是說(shuō)這并不科學(xué)。而另寸、鋼筋的配筋率等構(gòu)件設(shè)計(jì)要求的數(shù)值，該組數(shù)值要能滿一個(gè)方向從廣義上講，結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)就不僅包含對(duì)于結(jié)構(gòu)設(shè)足造價(jià)方面的要求，力求達(dá)到造價(jià)最低的目的。計(jì)本身的一一種不必要冗雜配筋的去除，還包括建筑的其他各3.確定計(jì)算的約束條件個(gè)方面，比如舒適性、建筑容積率、建筑空間利用效率、建基于結(jié)構(gòu)可靠度要求的設(shè)計(jì)約束條件，包括構(gòu)件尺寸的筑節(jié)能性等各個(gè)方面。約束、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的約束、應(yīng)力約束、變形約束、裂縫寬度約結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的最優(yōu)化問(wèn)題其實(shí)- - 直伴隨著建筑史的發(fā)展而發(fā)束、構(gòu)件單元約束、結(jié)構(gòu)體系約束、從正常使用極限狀態(tài)下展，進(jìn)入現(xiàn)代社會(huì)之后，開(kāi)始利用數(shù)學(xué)概念對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)的彈性 約束到最終極限狀態(tài)的彈塑性約束、從可靠性指標(biāo)約。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的近代優(yōu)化設(shè)計(jì)大體上可以分為三個(gè)階段。束到確定性指標(biāo)約束等。在建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，想要將結(jié)， 將整個(gè)建筑工程建立成- -個(gè)數(shù)學(xué)模型。構(gòu)最優(yōu)化設(shè)計(jì)的結(jié)果應(yīng)用到實(shí)際結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，就需要對(duì)建筑第二，通過(guò)尋找一個(gè)合理高效的數(shù)學(xué)計(jì)算方法對(duì)建筑結(jié)工程實(shí)際的約束條件和計(jì)算過(guò)程中所采用的目標(biāo)約束條件相構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。比較，保證各個(gè)約束條件滿足現(xiàn)行國(guó)家規(guī)范要求，從而為實(shí)第三，利用計(jì)算機(jī)軟件編程技術(shù)，編制出一套符合客觀現(xiàn)最優(yōu)化設(shè)計(jì)提供可 能。實(shí)際的計(jì)算程序，對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)進(jìn)行全數(shù)字化處理。(二)優(yōu)化設(shè)計(jì)計(jì)算方案的確定但是，做結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的人一-定要注意，利用這些數(shù)學(xué)方建筑工程的可靠度優(yōu)化問(wèn)題是一個(gè)復(fù)雜、 影響因素多、法，一定會(huì)給出一個(gè)在已知且給定條件下的最優(yōu)解，與此同約束條件不唯-一、 約束復(fù)雜、非線性的問(wèn)題。在實(shí)際計(jì)算過(guò)時(shí)需要注意的是，通過(guò)數(shù)學(xué)方法計(jì)算出的這個(gè)結(jié)果是不是最程中， -般是將這種有約束條件的問(wèn)題轉(zhuǎn)化成-一個(gè)沒(méi) 有約束符合工程條件的可得解。因?yàn)榻ㄖこ痰慕Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一項(xiàng)非條件的問(wèn)題 進(jìn)行計(jì)算，完成之后再通過(guò)利用公式計(jì)算，達(dá)到常復(fù)雜的內(nèi)容，它包括在一-定經(jīng)濟(jì)條件下，要滿足建筑的安有約束 條件下的可靠度結(jié)果。全、美觀、使用要求、節(jié)能要求等。在利用數(shù)學(xué)方法進(jìn)行解(三)計(jì)算程序的設(shè)計(jì)析計(jì)算時(shí)，往往是會(huì)考慮其中的一些起到主要作用的因素,這個(gè)步驟就需要專業(yè)人員進(jìn)行，對(duì)于這項(xiàng)工作，從業(yè)人.而忽略掉--些客觀因索的影響，如若放到真正結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,員一定要是懂得基本結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則，同時(shí)對(duì)于計(jì)算機(jī)編程也就要通過(guò)自己的分析,將這些客觀因素融人到設(shè)計(jì)中。也就有一定研究。在優(yōu)化結(jié)構(gòu)數(shù)字模型和確定優(yōu)化設(shè)計(jì)計(jì)算方案是說(shuō)，在利用數(shù)學(xué)方法結(jié)算得出最優(yōu)解時(shí)，還要根據(jù)自己的基礎(chǔ)之 上，利用計(jì)算機(jī)編制出一套可以用來(lái)計(jì)算在各種約束全面判斷，對(duì)其進(jìn)行- -些必要的修改。條件綜合作用下建筑優(yōu)化設(shè)計(jì)的程序。二、結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)步驟根據(jù)第三步計(jì)算程序所得的成果進(jìn)行深人分析，選出最合適的結(jié)果，從而確定出最優(yōu)化的設(shè)計(jì)方案。(一)優(yōu)化結(jié)構(gòu)數(shù)字模型一般而言，工民建結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的整體優(yōu)化方案可以按照以三、對(duì)建筑工程結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的現(xiàn)實(shí)意義下幾個(gè)步驟展開(kāi)。1.選擇設(shè)計(jì)變量建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)從始至終都在追尋一一個(gè)目標(biāo): 用最少收稿日期: 2013-10-13中國(guó)煤化工作者簡(jiǎn)介:楊媛媛(1985-)，女，天津人，本科，結(jié)構(gòu)工程師。研究方向:結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)HCNMH G .09 CHINESE & FORE 1GN ENTREPRENEURSEngineering and Technology [工程技術(shù)]2013 .10下總第440期的費(fèi)用建造出最符合業(yè)主要求的建筑物。對(duì)建筑工程進(jìn)行優(yōu)四、總結(jié)語(yǔ)化設(shè)計(jì)的方法恰恰是為這個(gè)目的提供了- -個(gè)有力條件，為這一目標(biāo)提供了無(wú)限可能。數(shù)字化模型、現(xiàn)代數(shù)學(xué)的引人都為總而言之，針對(duì)建筑工程的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法研究不結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)提供助力。通過(guò)現(xiàn)代方法對(duì)建筑結(jié)構(gòu)工程進(jìn)行是--個(gè)簡(jiǎn)簡(jiǎn)單單利用數(shù)學(xué)方法進(jìn)行分析建筑最優(yōu)解的問(wèn)題，優(yōu)化設(shè)計(jì)，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)建筑師所要求建筑物的美觀、實(shí)用而是--個(gè)涉及到很多學(xué)科，非常復(fù)雜的綜合決策性問(wèn)題。進(jìn)性、節(jié)能性，還在業(yè)主所希望的節(jié)約成本、降低造價(jià)方面有行建筑工程設(shè)計(jì)的一般原則是:適用、安全、經(jīng)濟(jì)、美觀、著很好的作用。便于施工，這幾個(gè)方面既相互聯(lián)系又相互制約，如果側(cè)重某對(duì)于建筑工程的優(yōu)化設(shè)計(jì)，節(jié)約目標(biāo)成本是一一個(gè)重要目-個(gè)方面就必定會(huì)犧牲掉另外- -方面，這就是矛盾所在，不的，這一目的的達(dá)成,既滿足了業(yè)主的要求，又能體現(xiàn)出建可能所有方面都能夠照顧得很周全。這就要求建筑結(jié)構(gòu)工程筑師和設(shè)計(jì)師的水平，這是推動(dòng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)不斷發(fā)展的社師對(duì)整個(gè)工程要挑選出-一個(gè)最合適的結(jié)果，利用建筑工程優(yōu)會(huì)動(dòng)力。當(dāng)然，在節(jié)約成本的同時(shí)，一定要滿足結(jié)構(gòu)中最重化方法;還需要建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的從業(yè)人員在以后的實(shí)踐過(guò)程要的安全可靠性，就像前面所提到的，通過(guò)數(shù)學(xué)方法,得到中多多學(xué)習(xí)，多多摸索，多多探尋新方法,綜合其他學(xué)科知的可能是最優(yōu)解，但不--定就是最終所需要的結(jié)果，還需要識(shí)，以最低造價(jià)實(shí)現(xiàn)最佳設(shè)計(jì)要求，滿足結(jié)構(gòu)的適用性、安對(duì)建筑物的其他各個(gè)方面進(jìn)行綜合考量,從而選出-一個(gè)最符全可靠性、美觀性以及方便施工的目的。合要求的優(yōu)化結(jié)果。唯有如此，才能真正做到可持續(xù)發(fā)展,實(shí)現(xiàn)更多、更大的市場(chǎng)利益。參考文獻(xiàn):通過(guò)這些年的實(shí)際工程應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，與傳統(tǒng)的不經(jīng)過(guò)結(jié)構(gòu)[1 ]張炳華.土建結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)[M].上海:同濟(jì)大學(xué)出版社,2008.優(yōu)化設(shè)計(jì)的建筑工程項(xiàng)目相比，利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法進(jìn)行優(yōu)化[2]馮泳 高層住宅墻體的合理等效慣性矩[J]建筑結(jié)構(gòu),1998.后的建筑方案，在工程的總造價(jià)方面，-般會(huì)有5%~35%的[3]蔣啟平.工程結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的新方法[].工業(yè)建筑，2008:15-降低，這一點(diǎn)對(duì)于整個(gè)建筑行業(yè)而言都是不容小覷的事實(shí)。優(yōu)化設(shè)計(jì)的好處不僅僅表現(xiàn)在這一一個(gè)方面， 在施工技術(shù)方面[4]汪樹(shù) 玉結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的現(xiàn)狀與進(jìn)展[)].基建優(yōu)化2007:12-也有著不俗的表現(xiàn)。優(yōu)化方法的技術(shù)性實(shí)現(xiàn)，能夠?qū)ㄖこ讨械牟牧闲阅苓M(jìn)行充分而又合理地利用，在可靠的安全[5吳學(xué)敏. 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中-一些問(wèn)題的探討小建筑度范圍內(nèi)協(xié)調(diào)好建筑物內(nèi)部各單元之間的結(jié)構(gòu)關(guān)系。與此同結(jié)構(gòu),1998.時(shí)，針對(duì)建筑工程的優(yōu)化設(shè)計(jì)，它還可為建筑整體性方案設(shè)[6]顧渭建 ,邱鴻高層剪力墻結(jié)構(gòu)墻體間距方案比較研究[J].建計(jì)進(jìn)行合理決策。優(yōu)化技術(shù)是實(shí)現(xiàn)建筑設(shè)計(jì)的適用、經(jīng)濟(jì)和筑結(jié)構(gòu),1998.安全目標(biāo)的有效途徑。(責(zé)任編輯: 劉圓)(_ 上接第208頁(yè)) 始人。其代表性作品就是德國(guó)展覽館，其設(shè)建 筑曾經(jīng)- - 度沉陷于具有千篇一律特點(diǎn)的國(guó)際式建筑中,計(jì)中追求的是對(duì)材料的紋理顏色和質(zhì)感的做工精美和真實(shí)表到處都是采用玻璃和鋼構(gòu)成的火柴盒式造型，喪失了建筑設(shè)現(xiàn)。這種對(duì)玻璃和鋼兩種材料的交替運(yùn)用，被世人譽(yù)為“密計(jì)的室內(nèi)空間和建筑個(gè)性。這種漠視人類情感、不顧文化環(huán)斯風(fēng)格”境、迷信技術(shù)以及割裂歷史的國(guó)際式建筑遭到人們指責(zé)，促2.表現(xiàn)主義建筑的應(yīng)用與發(fā)展使各國(guó)建筑師都在努力嘗試打破這一種建筑模式，使得現(xiàn)代從二十世紀(jì)初，設(shè)計(jì)師們對(duì)表現(xiàn)主義的建筑就開(kāi)始不斷建筑的發(fā)展呈現(xiàn)多元化格局。探索。首先，最具代表性的是門德?tīng)査?，其建筑設(shè)計(jì)主要是對(duì)弧線和曲線的運(yùn)用，從而在動(dòng)勢(shì)和塊體的幾何中尋求一- 種四、結(jié)束語(yǔ)關(guān)于生命力的表達(dá)。而最具代表性的就是法國(guó)的公議局以及德國(guó)的愛(ài)因斯坦天文臺(tái)。其次，德國(guó)著名建筑師夏隆，其設(shè)關(guān)于現(xiàn)代主義建筑中的有機(jī)建筑和表現(xiàn)主義建筑都具有計(jì)出舉世聞名的柏林愛(ài)樂(lè)音樂(lè)廳，它很好地體現(xiàn)了表現(xiàn)主義源遠(yuǎn)流長(zhǎng)的歷史，在建筑設(shè)計(jì)中得到廣泛運(yùn)用。而面對(duì)現(xiàn)今思想，在平面規(guī)劃上不再進(jìn)行方正分割，而是隨著基地的條建筑設(shè)計(jì)多元化的格局，必須要結(jié)合城市的實(shí)際情況，通過(guò)件進(jìn)行延伸，表現(xiàn)出-一種流動(dòng)性的空間感。再者,勒.柯布西綜合性分析，提高建筑設(shè)計(jì)水平，使居民對(duì)建筑的需要能夠埃所設(shè)計(jì)的薩伏伊別墅也很好地體現(xiàn)了表現(xiàn)主義特點(diǎn):一是很好地得到滿足。自由立面;二是在建筑立面上對(duì)窗戶進(jìn)行橫向開(kāi)設(shè);三是對(duì)鋼筋混凝土形成的平面進(jìn)行自由布局;四是在屋頂上設(shè)置花參考 文獻(xiàn):園;五是底層通過(guò)獨(dú)立立柱進(jìn)行部分或全部騰空。其晚年為[1]遲曉軍,姚璐實(shí)現(xiàn)平易建筑的設(shè)計(jì)方法[].黑龍江科技信法國(guó)設(shè)計(jì)的朗香教堂，更是塑造怪異卻讓人難以忘懷的一一個(gè)息，2009 (24 )建筑形象，使其成為- -大經(jīng) 典旅游之地。[2]姚璐，遲曉軍.視錯(cuò)覺(jué)在建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用]黑龍江科技信息2009 (25)三、現(xiàn)代主義建筑的發(fā)展趨勢(shì)[3]遲曉軍,劉雅琴周麗艷語(yǔ)氣詞在命令式句子中的修辭色彩.[J].內(nèi)蒙古民族大學(xué)學(xué)報(bào)(社會(huì)科學(xué)版) ,2003 (3).現(xiàn)代主義建筑強(qiáng)調(diào)的是建筑的功能以及新工藝、新結(jié)構(gòu)[4]遲曉軍,劉雅琴.古詩(shī)分析指導(dǎo)[J].昭烏達(dá)蒙族師專學(xué)報(bào),和新材料的運(yùn)用，其審美體驗(yàn)主要以簡(jiǎn)潔美和抽象美為主，2003 (2).走一條切合工業(yè)時(shí)代發(fā)展的設(shè)計(jì)之路。然而，由于工業(yè)時(shí)代強(qiáng)調(diào)批量化、標(biāo)準(zhǔn)化以及效率等特點(diǎn)，導(dǎo)致二戰(zhàn)以后的現(xiàn)代(責(zé)任編輯:劉圓)中國(guó)煤化工MHCNMHGCHINESE 。FORE ICN ENTREPRENEURS 21