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建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的概念設(shè)計(jì)及優(yōu)化論文
摘 要 ：對(duì)目前建筑來(lái)講，建筑不僅要具有使用價(jià)值，還要具備一定的美觀性。因此，概念設(shè)計(jì)及其優(yōu)化對(duì)建筑有著十分重要的意義，通過(guò)概念設(shè)計(jì)能夠使得建筑的結(jié)構(gòu)更加完美，其造價(jià)也會(huì)更低，建筑的安全性能也會(huì)更加完善。本文主要介紹了建筑結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)的主要涵
關(guān)鍵詞：建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；房屋結(jié)構(gòu)；優(yōu)化方法
引言
在建筑設(shè)計(jì)過(guò)程中，概念設(shè)計(jì)及其優(yōu)化十分重要。良好的設(shè)計(jì)是建筑工程的前提，而概念設(shè)計(jì)則是工程建設(shè)中體現(xiàn)先進(jìn)思想及文化的重要關(guān)鍵。作為一名優(yōu)秀的設(shè)計(jì)師，在進(jìn)行建筑設(shè)計(jì)時(shí)不僅要依靠自身的經(jīng)驗(yàn)，還要能夠熟練運(yùn)用整體概念的設(shè)計(jì)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(jì)知識(shí)和概念，能夠獨(dú)立的、有意識(shí)地、靈活的運(yùn)用，只有這樣才能將概念設(shè)計(jì)在建筑機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)中進(jìn)行完美應(yīng)用。
1建筑結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)的涵義及地位
1.1建筑結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)的涵義建筑結(jié)構(gòu)的概念設(shè)計(jì)是指設(shè)計(jì)師根據(jù)建筑要求進(jìn)行相應(yīng)設(shè)計(jì)，并運(yùn)用一系列的設(shè)計(jì)方法將建筑有序的、有組織的、有目標(biāo)的進(jìn)行設(shè)計(jì)，使客戶對(duì)建筑感到滿意。建筑概念設(shè)計(jì)主要以功能卓越、造型美觀、技術(shù)先進(jìn)為總體目標(biāo)，通常情況下建筑方面的概念設(shè)計(jì)分為概念設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，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(jì)的地位建筑結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)形成的產(chǎn)品是早于建筑初步設(shè)計(jì)的整體規(guī)劃方案，并且為建筑的總體設(shè)計(jì)提供了規(guī)劃方案，為設(shè)計(jì)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(jì)方案。在實(shí)際工程中，概念設(shè)計(jì)要早于初步設(shè)計(jì)，早于建筑施工，所以概念設(shè)計(jì)在實(shí)際施工中通常占有領(lǐng)導(dǎo)地位，并且是整個(gè)工程的靈魂。在建筑施工中起到重要協(xié)調(diào)作用、檢驗(yàn)計(jì)算、優(yōu)化設(shè)計(jì)方案等。因此，建筑結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)在整個(gè)建筑中具有重要地位。
2建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的概念設(shè)計(jì)與優(yōu)化方法
在進(jìn)行建筑設(shè)計(jì)時(shí)，需要對(duì)建筑結(jié)構(gòu)中的柱、梁、索等進(jìn)行概念設(shè)計(jì)，并且還要針對(duì)其設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，以便進(jìn)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(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)當(dāng)從總體出發(fā)，并適當(dāng)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(yùn)用在整個(gè)工業(yè)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)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(jìn)行有效高效的優(yōu)化配合，并達(dá)到其設(shè)計(jì)壽命。在如今階段，輕型鋼結(jié)構(gòu)已經(jīng)廣泛運(yùn)用在協(xié)同工作案例中。輕型鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是質(zhì)量較輕、成本低廉、施工進(jìn)程較快、施工環(huán)境影響較小、抗變形能力強(qiáng)，抗震效果好等，基于這些優(yōu)點(diǎn)輕型鋼在工業(yè)中應(yīng)用較廣。因?yàn)檩p型鋼的物理性能較好，尤其是其抗拉強(qiáng)度比普通混凝土的強(qiáng)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(qiáng)。除此之外，鋼結(jié)構(gòu)具有良好的塑性變形性能，當(dāng)鋼結(jié)構(gòu)在受到某種外力的沖擊時(shí)，能夠?yàn)槿藛T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(jì)是門式輕型鋼結(jié)構(gòu)，該廠房的總跨度為36m，長(zhǎng)度為100m，柱柜為19m，屋面的坡度為15：1，廠房設(shè)計(jì)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(jì)時(shí)：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(tái)。②針對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行有效的受力分析，進(jìn)一步確保同層各支撐柱在同一水平上，最后能夠達(dá)到最大承載力。
2.2優(yōu)化方法2.2.1結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(jià)，通常情況下，結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)忽略了這一點(diǎn)，所以在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該考慮到這些。2.2.2概念設(shè)計(jì)結(jié)合細(xì)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，如果沒有具體的參考數(shù)據(jù)時(shí)，我們可以考慮概念設(shè)計(jì)。比如，在進(jìn)行地震烈度進(jìn)行防護(hù)時(shí)，由于地震的產(chǎn)生是一種不確定的因素，因此，我們?cè)谶M(jìn)行防護(hù)時(shí)應(yīng)該采用概念設(shè)計(jì)的方法來(lái)解決這一問題。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，將概念設(shè)計(jì)的參考數(shù)值作為相應(yīng)的參考數(shù)據(jù)。與此同時(shí)，相關(guān)設(shè)計(jì)人員應(yīng)該合理的將概念結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，最終達(dá)到理想的效果。在進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中，必須針對(duì)結(jié)構(gòu)的細(xì)部進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化，例如，在進(jìn)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(dá)到安全經(jīng)濟(jì)的目的。
2.2.3下部地基基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)優(yōu)化在進(jìn)行地基基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，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(jìn)一步減少施工成本。根據(jù)樁端的持力層進(jìn)行合理的選擇灌注樁的大小，通過(guò)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(jì)優(yōu)化技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的步驟
3.1建立結(jié)構(gòu)優(yōu)化的模型在進(jìn)行房屋結(jié)構(gòu)整體優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，大致可分為三個(gè)步驟進(jìn)行優(yōu)化，下面是每一步的具體介紹：
3.1.1要對(duì)設(shè)計(jì)變量進(jìn)行合理的選擇通常情況下對(duì)設(shè)計(jì)變量進(jìn)行選擇時(shí)，應(yīng)該適當(dāng)考慮把建筑結(jié)構(gòu)的影響作為主要設(shè)計(jì)變量。例如，進(jìn)行目標(biāo)控制的相關(guān)數(shù)據(jù)（損失的期望值C2和結(jié)構(gòu)造價(jià)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(jì)要求的一些數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)時(shí)可利用預(yù)訂數(shù)據(jù)進(jìn)行表示，使得設(shè)計(jì)量、計(jì)算量及編程工作量進(jìn)一步減少。3.1.2對(duì)目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行確定在進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化時(shí)，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(jià)減少。3.1.3對(duì)約束條件進(jìn)行確定對(duì)房屋的設(shè)計(jì)優(yōu)化來(lái)說(shuō)，確保結(jié)構(gòu)的可靠度是優(yōu)化相關(guān)設(shè)計(jì)的重中之重，設(shè)計(jì)優(yōu)化條件時(shí)應(yīng)該包括裂縫寬度約束、結(jié)構(gòu)強(qiáng)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(biāo)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(jì)。在進(jìn)行結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該對(duì)目標(biāo)約束條件進(jìn)行充分的分析與比較，最終確定約束條件的可行性，實(shí)現(xiàn)最終設(shè)計(jì)（見圖1）。
3.2對(duì)優(yōu)化設(shè)計(jì)的計(jì)算方案進(jìn)行設(shè)定進(jìn)行可靠度的房屋結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)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(shí)際分析計(jì)算中，通常情況下是將約束問題轉(zhuǎn)化為無(wú)約束的問題之后再進(jìn)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(jìn)行程序的相關(guān)設(shè)計(jì)根據(jù)可靠度進(jìn)行房屋的優(yōu)化設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)模型以及優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法可以編制出一個(gè)運(yùn)算速度極快的應(yīng)用程序。3.4結(jié)果分析①必須針對(duì)對(duì)相應(yīng)的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行相應(yīng)的分析比較。②選擇出最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案。進(jìn)行選擇的過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)充分考慮問題，并且針對(duì)發(fā)現(xiàn)的問題進(jìn)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(jì)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(jiān)固，安全性能更好。4結(jié)束語(yǔ)概念設(shè)計(jì)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(qiáng)，而且使其安全性能得到更高的提升，其使用壽命也會(huì)不斷增加。建筑結(jié)構(gòu)與周圍環(huán)境的相互結(jié)合，進(jìn)一步提高了建筑使用壽命的使用價(jià)值。因此，在建筑結(jié)構(gòu)中應(yīng)用概念設(shè)計(jì)及優(yōu)化措施是十分重要的。
參考文獻(xiàn)
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