建筑結構優化設計

王 畢

（湖北省荊州市洪湖市，湖北 荊州 434000）

1 優化設計原則

建筑設計過程中不僅要遵循結構安全和可靠性的原則以及建筑規范規定的內容，還要體現以人為本的原則，提高業主的舒適度，同時降低工程造價，提高土地利用率，發揮建筑本身最大的價值。

1.1 不規則平面布置

不同的建筑有不同的使用目的和功能需要，比如框架結構需要對柱和梁進行優化，而剪力墻結構就需要對墻的布局和墻肢的長短進行優化，不僅滿足建筑的空間使用要求，還要滿足結構的安全可靠和經濟合理。

1.2 提高舒適度原則

舒適的居住環境是建筑設計的終極目標。建筑舒適度的優化需要從建筑的各方面進行整體優化，包括結構、裝飾裝修以及電氣管道安裝等方面。

1.3 保證整體安全原則

結構的安全性必須符合相關規范和國家標準的強制性要求，尤其是建筑抗震設計尤為重要，需要保證結構的每個部位都達到抗震要求，使整個結構安全可靠耐久。

1.4 各部分合理協調優化原則

對于一個建筑來說，其各部分的受力是完全不一樣的，各部件在結構體系中起到的作用也是不一樣的。因此依據不同部位的不同受力性能，合理的設定不同的安全系數，使整個結構既能滿足整體穩定要求又能滿足承載力要求，從而達到整體優化的目的。

1.5 建筑結構低造價原則

在保證建筑結構整體安全可靠的前提下，盡可能地降低工程成本。

2 結構優化設計方法

建筑結構優化設計基本方法應以數學和力學理論為基礎，借助計算機工具計算尋找各個變量的最優解。

2.1 多目標問題的優化法

實際工程結構設計中往往需要同時考慮多個變量因素，在眾多的方案中對比選擇出最優的，最終的期望就是各種指標和影響因素都能達到最佳值。

2.2 滿應力準則法

從結構的各個部分出發，在各種工況和最不利的情況下，使結構的各個部分都能達到材料的容許應力，是材料最大限度的發揮作用。齒行法、應力比法和能量準則法都屬于常用的滿應力準則法。其中應力比法和齒行法基本原理均相同，齒行法是應力比法的改進方法，是通過多次的迭代使結果不斷向目標值接近。能量法與前兩種不同，其原理是以應變能為基礎，以減少結構材料用量為目的。

2.3 有限元準則法

有限元方法是借助計算機軟件，以數學理論和力學理論為基礎進行分析的方法，在有限元分析中，程序將連續的結構劃分為離散的單元進行分析。

2.4 智能優化準則法

智能運算是隨著現代科技的發展而產生的一種運算方法，目前也廣泛應用于結構優化設計中。其中遺傳算法和退算法最受歡迎。

3 建立結構優化設計模型

如何建立優化結構模型呢?要建立優化結構模型，首先要選擇合理適當的設計變量，因為各種設計變量的選擇對設計要求的影響是巨大的，起著無可取代作用。其次，要確定選定的函數。

4 結構優化設計的發展

建筑結構優化設計向自動化方向發展。隨著計算機輔助設計CAD技術的發展，建筑結構優化設計的自動化程度越來越高。同時CAD的圖形功能可以更直觀、快速、自動地表達優化設計的結果，因而形成高集成化程度的自動化結構設計系統。

建筑結構優化設計向智能化方向發展。智能優化是指將計算智能引入結構優化設計的過程中，求得一種具有自組織、自適應、自學習等功能的優化算法，更適合于解決建筑結構優化設計中經驗性問題和非公式化問題。