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建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的概念設(shè)計及優(yōu)化論文
摘 要 ：對目前建筑來講，建筑不僅要具有使用價值，還要具備一定的美觀性。因此，概念設(shè)計及其優(yōu)化對建筑有著十分重要的意義，通過概念設(shè)計能夠使得建筑的結(jié)構(gòu)更加完美，其造價也會更低，建筑的安全性能也會更加完善。本文主要介紹了建筑結(jié)構(gòu)概念設(shè)計的主要涵
關(guān)鍵詞：建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計；房屋結(jié)構(gòu)；優(yōu)化方法
引言
在建筑設(shè)計過程中，概念設(shè)計及其優(yōu)化十分重要。良好的設(shè)計是建筑工程的前提，而概念設(shè)計則是工程建設(shè)中體現(xiàn)先進思想及文化的重要關(guān)鍵。作為一名優(yōu)秀的設(shè)計師，在進行建筑設(shè)計時不僅要依靠自身的經(jīng)驗，還要能夠熟練運用整體概念的設(shè)計方法將建筑的本身和外部環(huán)境相互結(jié)合，最終使得所有的研究方案能夠融合在一起，并且能夠熟練的將地理環(huán)境及結(jié)構(gòu)聯(lián)系在一起，不斷豐富自己的設(shè)計知識和概念，能夠獨立的、有意識地、靈活的運用，只有這樣才能將概念設(shè)計在建筑機構(gòu)的設(shè)計中進行完美應(yīng)用。
1建筑結(jié)構(gòu)概念設(shè)計的涵義及地位
1.1建筑結(jié)構(gòu)概念設(shè)計的涵義建筑結(jié)構(gòu)的概念設(shè)計是指設(shè)計師根據(jù)建筑要求進行相應(yīng)設(shè)計，并運用一系列的設(shè)計方法將建筑有序的、有組織的、有目標的進行設(shè)計，使客戶對建筑感到滿意。建筑概念設(shè)計主要以功能卓越、造型美觀、技術(shù)先進為總體目標，通常情況下建筑方面的概念設(shè)計分為概念設(shè)計和結(jié)構(gòu)設(shè)計，這兩者相互影響、相互結(jié)合。1.2建筑結(jié)構(gòu)概念設(shè)計的地位建筑結(jié)構(gòu)概念設(shè)計形成的產(chǎn)品是早于建筑初步設(shè)計的整體規(guī)劃方案，并且為建筑的總體設(shè)計提供了規(guī)劃方案，為設(shè)計總體方案提供了總體格局和基本框架，并且為規(guī)劃、施工、環(huán)境等提供了一系列設(shè)計方案。在實際工程中，概念設(shè)計要早于初步設(shè)計，早于建筑施工，所以概念設(shè)計在實際施工中通常占有領(lǐng)導(dǎo)地位，并且是整個工程的靈魂。在建筑施工中起到重要協(xié)調(diào)作用、檢驗計算、優(yōu)化設(shè)計方案等。因此，建筑結(jié)構(gòu)概念設(shè)計在整個建筑中具有重要地位。
2建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的概念設(shè)計與優(yōu)化方法
在進行建筑設(shè)計時，需要對建筑結(jié)構(gòu)中的柱、梁、索等進行概念設(shè)計，并且還要針對其設(shè)計進行優(yōu)化，以便進一步提高建筑結(jié)構(gòu)的質(zhì)量及其穩(wěn)定性，提高抗震能力，從而減少其受力變形。因此，在進行建筑結(jié)構(gòu)總體設(shè)計時應(yīng)當從總體出發(fā)，并適當掌握建筑自身結(jié)構(gòu)、空間結(jié)構(gòu)、建筑與環(huán)境形成的結(jié)構(gòu)，最終才能使得建筑結(jié)構(gòu)在安全適用基礎(chǔ)上將整體性能提升。
2.1協(xié)同工作概念協(xié)同工作現(xiàn)如今已經(jīng)廣泛運用在整個工業(yè)產(chǎn)品的設(shè)計與制造之中，協(xié)同工作的目的是使內(nèi)部結(jié)構(gòu)體系進行有效高效的優(yōu)化配合，并達到其設(shè)計壽命。在如今階段，輕型鋼結(jié)構(gòu)已經(jīng)廣泛運用在協(xié)同工作案例中。輕型鋼結(jié)構(gòu)的特點是質(zhì)量較輕、成本低廉、施工進程較快、施工環(huán)境影響較小、抗變形能力強，抗震效果好等，基于這些優(yōu)點輕型鋼在工業(yè)中應(yīng)用較廣。因為輕型鋼的物理性能較好，尤其是其抗拉強度比普通混凝土的強度要高出1/4，并且輕型鋼不易產(chǎn)生裂縫，在建筑結(jié)構(gòu)中的結(jié)構(gòu)性較強。除此之外，鋼結(jié)構(gòu)具有良好的塑性變形性能，當鋼結(jié)構(gòu)在受到某種外力的沖擊時，能夠為人員的撤離提供安全。因此，協(xié)同工作的概念下的輕型鋼結(jié)構(gòu)更能發(fā)揮出色。例如，某鋼結(jié)構(gòu)的建筑，其設(shè)計是門式輕型鋼結(jié)構(gòu)，該廠房的總跨度為36m，長度為100m，柱柜為19m，屋面的坡度為15：1，廠房設(shè)計使用年限為50年，抗震設(shè)防烈度為Ⅸ度。在應(yīng)用概念設(shè)計時：①明確門式輕型鋼結(jié)構(gòu)廠房的各部件最大使用載荷，為了使各部件的穩(wěn)定性更好，需要保證廠房在使用壽命期限之內(nèi)使用。單層廠房通常由橫向框架、屋蓋鋼結(jié)構(gòu)以及各種墻體構(gòu)成。在某些單層廠房中，還可能設(shè)有工作平臺。②針對結(jié)構(gòu)進行有效的受力分析，進一步確保同層各支撐柱在同一水平上，最后能夠達到最大承載力。
2.2優(yōu)化方法2.2.1結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化應(yīng)注意前期參與在工程前期，方案的制定直接影響工程的造價，通常情況下，結(jié)構(gòu)的設(shè)計忽略了這一點，所以在設(shè)計時應(yīng)該考慮到這些。2.2.2概念設(shè)計結(jié)合細部結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化在進行設(shè)計時，如果沒有具體的參考數(shù)據(jù)時，我們可以考慮概念設(shè)計。比如，在進行地震烈度進行防護時，由于地震的產(chǎn)生是一種不確定的因素，因此，我們在進行防護時應(yīng)該采用概念設(shè)計的方法來解決這一問題。在設(shè)計過程中，將概念設(shè)計的參考數(shù)值作為相應(yīng)的參考數(shù)據(jù)。與此同時，相關(guān)設(shè)計人員應(yīng)該合理的將概念結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，最終達到理想的效果。在進行設(shè)計的過程中，必須針對結(jié)構(gòu)的細部進行設(shè)計優(yōu)化，例如，在進行現(xiàn)澆混凝土?xí)r，在混凝土拐彎地方容易發(fā)生開裂，因此我們可以選擇鋼筋，在滿足結(jié)構(gòu)的要求下，還能達到安全經(jīng)濟的目的。
2.2.3下部地基基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的設(shè)計優(yōu)化在進行地基基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計時，方案的選擇必須正確，例如可以根據(jù)工地所處的環(huán)境選擇相應(yīng)的樁基類型，進一步減少施工成本。根據(jù)樁端的持力層進行合理的選擇灌注樁的大小，通過多種方案的選擇與比較，最終擇取最優(yōu)方案。
3結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的步驟
3.1建立結(jié)構(gòu)優(yōu)化的模型在進行房屋結(jié)構(gòu)整體優(yōu)化設(shè)計時，大致可分為三個步驟進行優(yōu)化，下面是每一步的具體介紹：
3.1.1要對設(shè)計變量進行合理的選擇通常情況下對設(shè)計變量進行選擇時，應(yīng)該適當考慮把建筑結(jié)構(gòu)的影響作為主要設(shè)計變量。例如，進行目標控制的相關(guān)數(shù)據(jù)（損失的期望值C2和結(jié)構(gòu)造價C2）及約束控制相關(guān)參數(shù)（結(jié)構(gòu)的可靠度等）；除此以外，還有一些影響較小，變化范圍較小或者由局部性以及結(jié)構(gòu)的相關(guān)要求就能夠滿足設(shè)計要求的一些數(shù)據(jù)，設(shè)計時可利用預(yù)訂數(shù)據(jù)進行表示，使得設(shè)計量、計算量及編程工作量進一步減少。3.1.2對目標函數(shù)進行確定在進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化時，應(yīng)該盡可能的找出一組能夠滿足預(yù)定條件截面積的一些數(shù)據(jù)參數(shù)，盡可能的使工程造價減少。3.1.3對約束條件進行確定對房屋的設(shè)計優(yōu)化來說，確保結(jié)構(gòu)的可靠度是優(yōu)化相關(guān)設(shè)計的重中之重，設(shè)計優(yōu)化條件時應(yīng)該包括裂縫寬度約束、結(jié)構(gòu)強度約束、尺寸約束、構(gòu)件單元約束、應(yīng)力約束、結(jié)構(gòu)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的設(shè)計。在進行結(jié)構(gòu)的設(shè)計時應(yīng)該對目標約束條件進行充分的分析與比較，最終確定約束條件的可行性，實現(xiàn)最終設(shè)計（見圖1）。
3.2對優(yōu)化設(shè)計的計算方案進行設(shè)定進行可靠度的房屋結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計具有多約束且非線性的優(yōu)化優(yōu)化問題且具有多重性。在實際分析計算中，通常情況下是將約束問題轉(zhuǎn)化為無約束的問題之后再進行求解。通常使用的優(yōu)化方法有拉式變量法、復(fù)合形法等。
3.3進行程序的相關(guān)設(shè)計根據(jù)可靠度進行房屋的優(yōu)化設(shè)計的設(shè)計模型以及優(yōu)化設(shè)計的方法可以編制出一個運算速度極快的應(yīng)用程序。3.4結(jié)果分析①必須針對對相應(yīng)的計算結(jié)果進行相應(yīng)的分析比較。②選擇出最優(yōu)的設(shè)計方案。進行選擇的過程中，應(yīng)當充分考慮問題，并且針對發(fā)現(xiàn)的問題進行多方面的考慮。結(jié)果的分析在建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化中其中重要作用。正確的選擇設(shè)計方案不僅使得結(jié)構(gòu)外表美觀，而且還能使建筑的結(jié)構(gòu)更加堅固，安全性能更好。4結(jié)束語概念設(shè)計及其優(yōu)化分析在建筑結(jié)構(gòu)中的正確應(yīng)用，不僅使得建筑結(jié)構(gòu)承載能力增強，而且使其安全性能得到更高的提升，其使用壽命也會不斷增加。建筑結(jié)構(gòu)與周圍環(huán)境的相互結(jié)合，進一步提高了建筑使用壽命的使用價值。因此，在建筑結(jié)構(gòu)中應(yīng)用概念設(shè)計及優(yōu)化措施是十分重要的。
參考文獻
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