摘要:為了保證建筑結構的性能和節(jié)能等方面的優(yōu)化，需要對建筑結構進行優(yōu)化設計，通過對建筑結構優(yōu)化的定義和影響結構優(yōu)化設計發(fā)展的因素進行分析，對結構優(yōu)化設計的數(shù)學模型的建立和優(yōu)化的方法進行簡單的論述，對優(yōu)化設計綜合評價指標體系的建立、使用方法進行研究和分析。
關鍵詞:建筑結構；優(yōu)化設計；措施
通過對建筑結構的優(yōu)化設計不但能夠作用于結構本身，而且能夠在其他的方面起著一定的作用，比如能夠增加建筑的空間使用效率以及改善建筑的舒適度等方面的作用。在進行結構優(yōu)化設計的時候，需要針對結構的各方面因素、約束和要求等方面的情況，從而保證設計的質(zhì)量。
1結構優(yōu)化設計發(fā)展的制約因素
在進行建筑結構優(yōu)化設計的時候，首先需要進行數(shù)學模型的建立，然后再對優(yōu)化的方案進行選擇，對目標函數(shù)和設計變量等方面進行確定，對相應的數(shù)據(jù)進行確定并設計初始點，進行計算機語言程序的編寫，然后在利用計算機來進行數(shù)據(jù)的計算并輸出結果，最后需要對輸出的結果進行一定的分析審核。簡單的來說其實就是先將設計問題轉化為適合優(yōu)化計算的數(shù)學模型的實質(zhì)的問題，然后在利用合適的優(yōu)化方法來進行數(shù)學模型的求解。在進行結構優(yōu)化問題的變量個數(shù)方面，如果問題的復雜程度較高的話，對應的變量個數(shù)也會增加，在主動變量和被動變量的區(qū)分上也有一定的難度，這就會增加優(yōu)化分析的工作量。當前我國在工程的要求上不能精確的對離散變量進行分析，通常情況下會先進行連續(xù)變量的處理之后再進行數(shù)據(jù)信息的歸整，但是這種形式會存在著一定的誤差。在約束條件方面，主要呈現(xiàn)了在數(shù)量和種類上的大量化，通常來說約束條件的數(shù)量需要比變量的數(shù)量多，很多的約束函數(shù)是需要高度的隱形和非線性來進行保證的，所以不能充分的對有效約束和無效約束進行區(qū)分，也會給建筑結構的優(yōu)化帶來困難。在目標函數(shù)方面，不能對目標函數(shù)的明確性進行充分的保證，在進行建筑結構優(yōu)化設計的時候通常會利用質(zhì)量最輕或者造價最省的單位進行優(yōu)化，而對于實際問題，則需要根據(jù)實際問題的需要來對目標函數(shù)進行確定，比如對于鋼結構來說，不能以質(zhì)量的輕重來進行經(jīng)濟效果的反映，但是通過和混凝土的對比則能夠在資源和價格等方面進行明顯的比較，為了對鋼筋的重量進行優(yōu)化，需要保證設計時選取截面小并且密度較大的鋼筋結構，但是這種方式在造價上不能得到充分的保證，并且在施工上也不方便。所以在鋼筋混凝土結構上的優(yōu)化上來說，需要利用費用來進行目標函數(shù)的制定。另外某些技術性指標也需要進行目標函數(shù)的制定，就比如準則法需要進行目標函數(shù)的制定。針對上述的情況可以發(fā)現(xiàn)在進行建筑結構優(yōu)化設計的時候建立合理的目標函數(shù)是有一定難度的。在進行結構分析和敏度分析的時候需要付出一定的腦力和人力勞動，通常情況下不能對實際的問題進行一次性的成功的優(yōu)化分析。對此需要在進行問題優(yōu)化的時候進行多次反復的比較最終選擇最優(yōu)的方案，這就是造成了較大的人力和腦力的勞動的付出。相關的研究人員和學者認為重復分析的次數(shù)不能超過10次，否則分析的費用不能符合結構優(yōu)化的目標。通常敏度分析是需要在結構分析之后進行，在進行結構分析的重復分析的時候需要進行敏度分析，而敏度分析也是需要一定付出的。
2結構優(yōu)化設計的數(shù)學模型和優(yōu)化方法
通過建立數(shù)學模型能夠方便建筑結構的優(yōu)化設計，通過對數(shù)學模型的控制能夠保證解的精度，減少計算的工作量，能夠充分的保證解答的準確性。數(shù)學模型在建立的時候需要在選擇設計變量、建立目標函數(shù)和確定約束條件三個方面進行確定。
(1)設計變量的選擇。設計變量是設計過程中需要進行選優(yōu)的量，主要是在結構的形狀參數(shù)、截面尺寸和使用材料等方面的信息。通常情況下，要想保證優(yōu)化的效果，需要盡可能多的對設計變量進行選擇，但是對應的工作量也會增加。但是在實際的優(yōu)化過程中會選取較少的設計變量，將優(yōu)化效果不好的參數(shù)來設定為定量。在進行設計變量的選擇的時候需要對客觀條件進行分析，在客觀條件的范圍等方面存在一定的限制，比如在對梁的截面高度進行變量的設計時，需要根據(jù)相關的規(guī)范和要求來進行，不能隨意的進行選取。
(2)目標函數(shù)的確定。在進行設計變量的選擇時需要按照相應的目標來進行解析表達式的確定，而這些解析表達式就是目標函數(shù)，另外因為設計變量的特性不能寫出解析式的某種指標的表達形式。在對目標函數(shù)進行選擇的時候需要按照結構方案的標準來進行判別，主要是對結構的體積、重量、造價和強度等方面的情況來進行優(yōu)化設計的目標函數(shù)的確定。
(3)約束條件的限制。約束條件就是在進行建筑結構優(yōu)化設計中需要遵守的條件，能夠?qū)こ坦芾砗鸵笠?guī)范進行一定程度的滿足。優(yōu)化變量對約束條件的確定有著一定的，有些限制是不能夠進行省去的，這些就是約束條件，在進行約束條件確定的時候，需要將一些不必要的限制刪除，從而保證約束條件的簡化。在進行建筑結構優(yōu)化設計的時候，通常會存在較大的約束條件，這些約束條件通常會分為兩類，第一類是指相關的設計規(guī)范等方面的約束條件，第二類就是保證結構正常工作的各方面的參數(shù)，第二類約束條件雖然沒有和設計變量之間存在直接的聯(lián)系，但是這些約束條件需要進行一定的結構計算才能準確的獲取。
(4)優(yōu)化方法的確定。建筑結構的優(yōu)化設計方法的解決方式有很多，但是沒有統(tǒng)一的分類方法，通常會按照優(yōu)化的方法特征來分為數(shù)學規(guī)劃法和優(yōu)化準則法兩種。
3優(yōu)化設計綜合評價指標體系的建立和使用方法研究
對建筑的設計評價需要在結構、管線等方面情況進行全面的優(yōu)化，不能僅僅的在一個或幾個方面進行優(yōu)化的設計。在進行結構設計優(yōu)化的時候，需要對建筑結構內(nèi)部的平面、空間和立面等方面進行外觀和性能的滿足。一個良好的建筑物需要在結構體系的選擇、傳力、構建和材料等方面進行合理的選擇和利用。在進行優(yōu)化結構設計的時候不能因為結構而進行結構優(yōu)化，而且需要針對建筑的特色來進行結構的優(yōu)化。
(1)優(yōu)化設計綜合評價指標體系的建立。主要采用層次分析法來進行優(yōu)化設計綜合評價指標體系的分析，通過對定性和定量的結合來對復雜的問題進行有序的分解，并且能夠按照一定的客觀事實來進行判斷，保證每一層次中都有相對重要性的定量來進行充分的表示，然后利用數(shù)學方法來對每個層次的全部元素的次序的數(shù)值進行表達，通過對每個層次的這些情況進行分析來對整個問題進行分析。將優(yōu)化設計綜合評價指標體系分為四個層次，其中第一層為總目標層，也就是整個優(yōu)化設計綜合評價指標體系，需要遵循以人為本和可持續(xù)發(fā)展觀的原則來進行設計，并且需要對當前的技術水平和建筑結構設計理念進行全面的展現(xiàn)，能夠在社會、環(huán)境和經(jīng)濟三個方面來進行全面的評價。第二層主要包括結構的經(jīng)濟性、結構體系的先進性和結構的可靠性三個方面，第三層主要是準則層，主要是對費用、施工材料、施工場地、地基基礎和構件等方面，而第四層是比第三層更加一步的分層。
(2)優(yōu)化設計綜合評價指標體系的使用方法。為了保證模型的針對性，我們將城市劃分為特大城市、大城市和小城市三種形式，然后將某一種形式中城市的經(jīng)濟、文化和歷史地理等方面的因素特征進行區(qū)分和聚總，然后在進行一定的層次的劃分。將城市各個層面上的因素進行20個指標的組合排序，經(jīng)過應的存儲和隨機的選取來確定相應的指標，然后對相應的指標按照一定的標準來進行打分，從而對設計方案進行優(yōu)化，通過不斷的循環(huán)來保證設計方案的最優(yōu)。
4結語
綜上所述，建筑結構的優(yōu)化設計對建筑的結構和其他一些方面有著一定的影響，對此應該加強對建筑結構的優(yōu)化設計，通過建立相關的數(shù)學模型和優(yōu)化設計綜合評價指標體系的建立來對優(yōu)化方案的質(zhì)量進行保證。
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