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相較于傳統(tǒng)類型的房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計,應(yīng)用優(yōu)化技術(shù)能夠有效降低建筑工程項目的整體造價,從而將工程材料的性能最大化發(fā)揮出來,協(xié)調(diào)好各個環(huán)節(jié)與工程單元之間的關(guān)系,同時全面提高土建工程的安全等級。除此之外,優(yōu)化技術(shù)還有利于為工程管理決策的制定提供合理建議,從而確保“經(jīng)濟(jì)、適用、安全”目標(biāo)的順利達(dá)成。
結(jié)構(gòu)優(yōu)化所指的即為,在充分滿足相關(guān)政策與法律制度的基礎(chǔ)之上,結(jié)合土建工程建筑的實際特點和具體要求,有針對性的選擇工程結(jié)構(gòu)與工程體系,搭配先進(jìn)且精確的計算機模型、校核以及應(yīng)力分析等,制定出詳細(xì)且有效的設(shè)計方案,以此來達(dá)到降低工程造價、提高工程安全等級的管理目的。
從結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的難易程度角度分析,大致可將其分為尺寸優(yōu)化、形狀優(yōu)化、拓?fù)鋬?yōu)化、布局優(yōu)化以及類型優(yōu)化這幾個方面。在我國的土建工程領(lǐng)域中,結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的發(fā)展仍然存在著很多弊端,主要原因有如下幾個方面:首先,在我國現(xiàn)有的法律制度中,有關(guān)于土建工程結(jié)構(gòu)設(shè)計的要求尚未明確,設(shè)計人員在具體的工作中缺少標(biāo)準(zhǔn)參考,從而影響到最終結(jié)果;其次,大多設(shè)計人員只能夠做到掌握最基本的結(jié)構(gòu)設(shè)計理論與淺顯的優(yōu)化技術(shù),實踐能力較弱;最后,在此方面缺少充足經(jīng)驗,在具體的設(shè)計實踐當(dāng)中存在著非常多的變數(shù)和約束條件,從而大大增加了目標(biāo)函數(shù)的建立難度,無法全方位的滿足土建工程項目的實際需求。
數(shù)學(xué)規(guī)劃法所指的即為,基于結(jié)構(gòu)力學(xué)的基本原理,針對土建工程結(jié)構(gòu)設(shè)計進(jìn)行優(yōu)化的一種規(guī)劃方式,同時采用優(yōu)選法等來尋找出最優(yōu)解。在通常情況下,數(shù)學(xué)規(guī)劃法比較常用于對非線性規(guī)劃問題的處理,并且隨著實踐經(jīng)驗的不斷增多,也衍生出了適用性更強的算法,不僅具有著更好的通用性,而且所參考的理論基礎(chǔ)也更為全面,通過合理化運用能夠有效提高最優(yōu)解的準(zhǔn)確性。需要注意的是,在土建工程結(jié)構(gòu)設(shè)計中,針對特定結(jié)構(gòu)來展開優(yōu)化設(shè)計,仍然需要根據(jù)實際情況來展開具體分析,結(jié)合實際條件來有針對性的選擇優(yōu)化方法。
優(yōu)化準(zhǔn)則法所指的即為,從土建工程為實際出發(fā)點,在開展優(yōu)化設(shè)計時應(yīng)當(dāng)優(yōu)先對設(shè)計準(zhǔn)則展開研究的一種方法,具體表現(xiàn)為能量準(zhǔn)則與滿應(yīng)力準(zhǔn)則等等。優(yōu)化準(zhǔn)則法能夠運用迭代法來針對所需要的準(zhǔn)則的解來展開更準(zhǔn)確的求解,因此需要有大量的實踐經(jīng)驗來作為支撐。在設(shè)計中,應(yīng)優(yōu)先展開理論研究,以此來得到最準(zhǔn)確的判斷,確保設(shè)計結(jié)果能夠接近最優(yōu)狀態(tài),因此可以將其解讀為是一種有效工程方法。
相較于其他方法來看,優(yōu)化準(zhǔn)則法具有著收斂快的特點,所運用到的工作原理也更加的簡單明了,因此實現(xiàn)成功率較高。其中,滿應(yīng)力準(zhǔn)則是最早出現(xiàn)的準(zhǔn)則之一,利用此種方式能夠?qū)⒐こ滩牧系膹姸葷摿ψ畲蠡陌l(fā)揮出來。除此之外,準(zhǔn)則法還能夠被應(yīng)用到對彈性穩(wěn)定、為位移以及自振頻率等問題的處理上,設(shè)計人員可根據(jù) Kuhn-Tucker條件來計算出準(zhǔn)則方程式。不得不提的是,優(yōu)化準(zhǔn)則法在應(yīng)用的過程中也存在著一些弊端,由于此種方式更加適用于已經(jīng)確定了土建結(jié)構(gòu)與幾何形式的工程設(shè)計中,因此在實踐操作中會受到諸多客觀條件的束縛,大大降低了優(yōu)化準(zhǔn)則法的作用發(fā)揮。設(shè)計人員要對實際情況和已有條件展開綜合考量,如若存在著變量關(guān)系非常負(fù)責(zé)的情況,那么應(yīng)當(dāng)慎用此種方法。
土建工程結(jié)構(gòu)的設(shè)計方案需要有多重結(jié)構(gòu)與布局設(shè)計選擇,在實踐中,即使建筑物的結(jié)構(gòu)布局已經(jīng)確定好,所處的荷載狀況也完全一致,那么同樣也是有很多不同的分析方法可供選擇。由于在分析中所能夠運用到的材料、參數(shù)以及荷載取值等均不是一成不變的,因此在對一些細(xì)節(jié)問題進(jìn)行處理時也要做到隨機應(yīng)變,尤其是對于那些無法運用計算機軟件來解決的問題,則需要由設(shè)計人員根據(jù)實際情況來展開全方位的分析,最終給出準(zhǔn)確的判斷。
概念設(shè)計的核心之處就在于,根據(jù)房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計的規(guī)律和原則,同時按照土建工程項目的以往經(jīng)驗來展開更進(jìn)一步的研究設(shè)計,從而提供出多種不同的備選方案。
對房屋結(jié)構(gòu)的概念設(shè)計問題處理同樣有多種形式可供選擇,但卻具有著相同的目標(biāo),即為無論外界有何種不良因素的影響和干擾,建筑結(jié)構(gòu)都可以達(dá)到穩(wěn)固狀態(tài),并將損害降到最低。不難看出,有關(guān)于房屋結(jié)構(gòu)概念設(shè)計的處理,需要優(yōu)先考慮到外界環(huán)境,盡可能全面的去分析可能出現(xiàn)的破壞性因素,在此基礎(chǔ)之上來制定出可行性較高的解決方案。例如,在所有不良因素中,地震是最不可控且難以預(yù)防的一項因素,地震具有著超強的破壞性,因此必須要將其設(shè)為概念設(shè)計中的一項重點課題。
在進(jìn)行房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)當(dāng)提前做好相關(guān)的準(zhǔn)備工作,以此來提高房屋建筑的抗震性能,從根本上將降低由地震對房屋結(jié)構(gòu)所帶來的損害。具體的措施如下:保證房屋建筑材料的剛度處于對稱且均勻的狀態(tài),進(jìn)一步提高房屋結(jié)構(gòu)的抗震等級,同時采用延性設(shè)計來達(dá)到減緩的作用;其次,在房屋結(jié)構(gòu)的設(shè)計上還可以考慮實行多道防御系統(tǒng),通過這一設(shè)置能夠幫助房屋分解并減少在地震中所受到的能量,大幅度降低建筑損害度。
對于建筑師而言,建筑物本身就是他們最值得驕傲的藝術(shù)品,因此在進(jìn)行建筑物設(shè)計時,建筑設(shè)計師會盡可能的將自己的想法與意圖淋漓盡致的表現(xiàn)出來,以期能夠呈現(xiàn)出更具實用性和藝術(shù)性的優(yōu)秀作品。為此,建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計師需要優(yōu)先考慮到建筑的安全性與實用性,在此基礎(chǔ)之上來盡可能的去改善建筑結(jié)構(gòu)的呈現(xiàn)形式,結(jié)合客觀條件來展現(xiàn)出自己的美學(xué)意圖。
在實際的結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中,設(shè)計師要保證平面布局的準(zhǔn)確性、對稱性以及規(guī)則性等,同時還要盡可能的減少建筑質(zhì)量與建筑剛度這兩者之間的差異性,通過此種方式來避免建筑物在使用過程中因荷載作用過大而發(fā)生扭轉(zhuǎn)情況。在結(jié)構(gòu)設(shè)計的豎向布局設(shè)計中,需要優(yōu)先考慮到房屋建筑的功能性,應(yīng)當(dāng)保證房屋建筑的豎向承重構(gòu)件處于上下貫通的狀態(tài),同時運用轉(zhuǎn)換層來將設(shè)計難度與成本控制在合理的范圍內(nèi)。
除此之外,設(shè)計師還要考慮到豎向布局的剛度,通過漸變的方式來避免出現(xiàn)應(yīng)力集中過度的情況,以此來提高房屋建筑的抗壓能力。
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