結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法精選(五篇)

序言：作為思想的載體和知識的探索者，寫作是一種獨(dú)特的藝術(shù)，我們?yōu)槟鷾?zhǔn)備了不同風(fēng)格的5篇結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法，期待它們能激發(fā)您的靈感。

篇1

【關(guān)鍵詞】結(jié)構(gòu)設(shè)計；結(jié)構(gòu)優(yōu)化；結(jié)構(gòu)類型

0引言

建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化，即在一些建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計方案中選取最優(yōu)的或最適宜的設(shè)計方案，它參照數(shù)學(xué)中的模型最優(yōu)化原理應(yīng)用到建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計方案的優(yōu)化比選中。研究發(fā)現(xiàn)，建筑結(jié)構(gòu)在使用過程中是否穩(wěn)定、耐久、合理等，主要決定于在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時選定的結(jié)構(gòu)類型是否最優(yōu)、是否最符合工程結(jié)構(gòu)的需要。對于同一座建筑工程項(xiàng)目，不同的結(jié)構(gòu)設(shè)計師知識儲備不同，因此可能會設(shè)計出不同的結(jié)構(gòu)類型、結(jié)構(gòu)體系，但經(jīng)過結(jié)構(gòu)方案的優(yōu)化、從而選取最優(yōu)化的結(jié)構(gòu)類型，提高建筑結(jié)構(gòu)的使用壽命、穩(wěn)定性能。

1建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化的主要因素

1.1荷載設(shè)計

研究發(fā)現(xiàn)，任何一座建筑結(jié)構(gòu)都需要受到水平力和豎向荷載的作用，同時建筑還要承受較大的風(fēng)荷載、地震力的作用等。當(dāng)建筑結(jié)構(gòu)的整體高度比較低時，由結(jié)構(gòu)本身的重力引起的豎向荷載對結(jié)構(gòu)的作用比較明顯，而水平荷載作用在結(jié)構(gòu)上，產(chǎn)生的內(nèi)力和位移比較小，往往在計算時不考慮水平荷載的作用；若在較高層建筑設(shè)計中，雖然所受到的豎向荷載仍對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大程度的影響，但水平荷載對建筑結(jié)構(gòu)本身的影響比豎向荷載產(chǎn)生的影響更加強(qiáng)烈。研究表明，隨著建筑結(jié)構(gòu)整體高度的逐漸增加，水平荷載對建筑結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的影響越將會越來越大，因此，在建筑結(jié)構(gòu)高度較高時，結(jié)構(gòu)所承受的水平荷載對結(jié)構(gòu)的影響則不可忽視。

1.2選取結(jié)構(gòu)類型較輕的

在建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化過程中，要盡量選取結(jié)構(gòu)體較輕的。在現(xiàn)代結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計中，設(shè)計人員越來越重視選用輕質(zhì)高強(qiáng)材料，從而做大程度上減輕整體結(jié)構(gòu)的自重。由于在多層建筑結(jié)構(gòu)中，水平荷載對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的影響處于較次要地位，結(jié)構(gòu)所承受的主要荷載是豎向荷載。由于多層建筑樓層較少，整體高度相對比較低，結(jié)構(gòu)自重相對來說較輕，對材料的強(qiáng)度要求不是特高。

但隨著建筑結(jié)構(gòu)高度的增加，在較多的樓層作用下，結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的自重荷載則會比較大，使得建筑結(jié)構(gòu)對基礎(chǔ)產(chǎn)生較大的豎向荷載，同時在水平荷載的作用下，結(jié)構(gòu)的豎向構(gòu)件（柱）中會產(chǎn)生較大的水平剪力和附加軸力。為了使得結(jié)構(gòu)滿足剛度和強(qiáng)度的要求，通常采取加大結(jié)構(gòu)構(gòu)件的截面尺寸，但是加大構(gòu)件的截面尺寸會使得結(jié)構(gòu)的整體自重增加。因此在高層建筑結(jié)構(gòu)首先應(yīng)該考慮如何減輕結(jié)構(gòu)的自重。

研究表明，當(dāng)在高層或超高層建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計時，選用結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高、自重較輕的鋼結(jié)構(gòu)、高強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)可以很大程度上減小建筑結(jié)構(gòu)的自重。

1.3 側(cè)向位移

據(jù)相關(guān)資料表明，建筑結(jié)構(gòu)的側(cè)向位移隨著建筑高度的增加而逐漸增大，因此，在建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計中，對層數(shù)較少、高度較低的結(jié)構(gòu)，可以不考慮其側(cè)向位移對結(jié)構(gòu)的影響。但隨建筑結(jié)構(gòu)高度的增加，整體結(jié)構(gòu)的側(cè)移對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的影響則不可忽視。

研究表明，由于水平荷載對結(jié)構(gòu)作用產(chǎn)生的側(cè)移隨著建筑高度的增加而逐漸增大，且側(cè)移量與結(jié)構(gòu)高度成一定的關(guān)系。

在進(jìn)行高層建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計時，既需要充分考慮建筑結(jié)構(gòu)整體是否具有足夠的承載能力，能否承受風(fēng)荷載的沖擊作用，又要求結(jié)構(gòu)具有足夠的抗側(cè)移性能，當(dāng)建筑結(jié)構(gòu)受到較大的水平力作用下，其可以很好地控制產(chǎn)生過大的側(cè)移量，確保結(jié)構(gòu)整體的穩(wěn)定性能。

與低層或多層建筑相比，高層建筑結(jié)構(gòu)的剛度稍微差一些，在發(fā)生地震災(zāi)害時，結(jié)構(gòu)的側(cè)向變形更大。為了確保高層建筑結(jié)構(gòu)在進(jìn)入塑性階段后，結(jié)構(gòu)整體仍具有較強(qiáng)的抗側(cè)移性能，保持結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，則需要在高層建筑結(jié)構(gòu)的構(gòu)造上采取合適的措施，確保結(jié)構(gòu)具有足夠的延性，從而滿足結(jié)構(gòu)的剛度要求。

2建筑優(yōu)化方法綜述

2.1基本假設(shè)

（1）彈性體假設(shè)

目前，對建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行工程分析時，均采用彈性的分析方法。當(dāng)結(jié)構(gòu)受到風(fēng)荷載或豎向荷載時，假設(shè)結(jié)構(gòu)處于彈性工作狀態(tài)，符合建筑結(jié)構(gòu)的實(shí)際受力狀態(tài)。但是當(dāng)受到地震災(zāi)害或臺風(fēng)襲擊時，結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大的側(cè)向位移，更甚出現(xiàn)裂縫，使得結(jié)構(gòu)進(jìn)入到塑性階段，此時不可以再用彈性變形計算，應(yīng)采用彈塑性理論進(jìn)行分析。

（2）小變形假設(shè)

小變形假設(shè)普遍應(yīng)用于結(jié)構(gòu)變形分析中。但當(dāng)結(jié)構(gòu)頂點(diǎn)的水平位移與結(jié)構(gòu)的高度比值大于0.002時，就不可以忽略P―Δ效應(yīng)對結(jié)構(gòu)的影響了。

（3）剛性樓板假設(shè)

在高層建筑結(jié)構(gòu)分析時，假設(shè)樓板的自身平面內(nèi)剛度無限大，而自身平面外的剛度則忽略不進(jìn)行計算。采用這一假設(shè)，在很大程度上減少了高層建筑結(jié)構(gòu)位移的自由度，減小了計算的難度，并為筒體結(jié)構(gòu)采用空間薄壁桿的計算理論提供了保障。研究發(fā)現(xiàn)，剛性樓板假設(shè)一般適用于框架結(jié)構(gòu)體系和剪力墻結(jié)構(gòu)體系中。

2.2結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法

（1）并行算法

由于高層建筑結(jié)構(gòu)的主要因素是結(jié)構(gòu)的抵抗水平力的性能。因此，抗側(cè)移性能的強(qiáng)弱成為高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的關(guān)鍵因素，且是衡量建筑結(jié)構(gòu)安全性、穩(wěn)定性能的標(biāo)準(zhǔn)。

由于在建筑結(jié)構(gòu)中，單位建筑結(jié)構(gòu)面積的結(jié)構(gòu)材料中，用于承擔(dān)重力荷載的結(jié)構(gòu)材料用量與房屋的層數(shù)近似成正比例線性關(guān)系。此外，用于建筑結(jié)構(gòu)樓頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)材料用量幾乎是定值，不隨結(jié)構(gòu)的層數(shù)變化；但是用于墻、柱等結(jié)構(gòu)構(gòu)件的材料用量隨樓房的層數(shù)成線性正比例增加；而對于抵抗側(cè)向移動的結(jié)構(gòu)材料用量，與樓房結(jié)構(gòu)層數(shù)的二次方的關(guān)系增長。圖3-1表示在風(fēng)荷載作用下的5跨鋼框架結(jié)構(gòu)，不同的結(jié)構(gòu)層數(shù)結(jié)構(gòu)材料各個構(gòu)件用量。

研究表明，樓房結(jié)構(gòu)所采用的結(jié)構(gòu)體系是否具有較好的抗側(cè)力性能，在很大程度上影響結(jié)構(gòu)材料的用量，綜合考慮各方面的條件，通過精心設(shè)計確定結(jié)構(gòu)的最優(yōu)化設(shè)計方案，使結(jié)構(gòu)體系的材料用量降低到最小程度。從上圖中的虛線以上陰影部分就是結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計節(jié)約的鋼材用量，因此高層建筑結(jié)構(gòu)方案的優(yōu)化設(shè)計可以在很大程度上節(jié)約工程的總造價。

（2可靠度優(yōu)化法

在建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計時，必須進(jìn)行結(jié)構(gòu)的整體可靠度優(yōu)化。在地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生不活躍的地區(qū)，風(fēng)荷載是主要的水平荷載。因此，在非地震災(zāi)害區(qū)高層建筑結(jié)構(gòu)的方案選型時，應(yīng)優(yōu)先選用抗風(fēng)性能比較好的結(jié)構(gòu)體系，也就是選用風(fēng)壓體型系數(shù)較小的建筑結(jié)構(gòu)體系。比如結(jié)構(gòu)外形呈曲線流線型變化的建筑結(jié)構(gòu)圓形、橢圓形等，或是結(jié)構(gòu)從下往上逐漸減小的截錐形體系的風(fēng)壓體形系數(shù)較小，有利于很好地抗風(fēng)。此外，在對結(jié)構(gòu)進(jìn)行平面布置時，適合選取結(jié)構(gòu)平面形狀和結(jié)構(gòu)剛度分布均勻?qū)ΨQ的結(jié)構(gòu)體系類型，這樣可以在很大程度上減小風(fēng)荷載作用下的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)引起的結(jié)構(gòu)變形和內(nèi)力的影響。同時，還要限制高層建筑結(jié)構(gòu)的高寬比，避免結(jié)構(gòu)發(fā)生傾覆和失穩(wěn)現(xiàn)象。

（3）高層體系優(yōu)化法

由于建筑使用性能的不同，所以其對內(nèi)部空間的要求不同。同時，高層建筑結(jié)構(gòu)使用功能不同，則其平面布置也發(fā)生改變。通常，住宅和旅館的客房等宜采用小空間平面布置方案；辦公樓則適合采用大小空間均有；商場、飯店、展覽廳以及工廠廠房等則適宜采用大空間的的平面布置；宴會廳、舞廳則要求結(jié)構(gòu)內(nèi)部沒有柱子的大空間。由于不同的結(jié)構(gòu)體系可以提供的內(nèi)部空間的大小不同，因此，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計階段，應(yīng)該首先根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)的使用功能，選用合適的結(jié)構(gòu)類型。

3結(jié)束語

綜上所述，在確定高層建筑結(jié)構(gòu)方案時，要全面考慮結(jié)構(gòu)的使用功能、場地類別、設(shè)防烈度、建筑高度、地基基礎(chǔ)類型、結(jié)構(gòu)材料和施工工藝，同時還要考慮結(jié)構(gòu)的設(shè)計、技術(shù)以及經(jīng)濟(jì)保障等，選擇最優(yōu)化的結(jié)構(gòu)體系。

參考文獻(xiàn)

[1] 謝琳琳.關(guān)于高層建筑結(jié)構(gòu)選型決策的研究[D]，重慶：重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文，2001

篇2

1.1基于拉格朗日方程的剛?cè)狁詈蟿恿W(xué)建模在對硅片傳輸機(jī)器人動力學(xué)模型過程中，需要對實(shí)際機(jī)器人進(jìn)行如下合理的假設(shè)：①將硅片傳輸機(jī)器人手臂等效為均質(zhì)桿，將關(guān)節(jié)質(zhì)量等效為集中質(zhì)量；②將同步帶以及諧波減速器等效為無質(zhì)量線性彈簧，系統(tǒng)阻尼采用比例阻尼進(jìn)行簡化。經(jīng)過上述假設(shè)后，硅片傳輸機(jī)器人手臂可由如圖2所示的簡化模型表示。硅片傳輸機(jī)器人手臂簡化模型中各物理量參數(shù)定義及其數(shù)值見表1。1.2硅片傳輸機(jī)器人動態(tài)特性分析柔性系統(tǒng)一般有多階固有頻率以及模態(tài)，但并非所有階固有頻率和模態(tài)會對末端軌跡精度造成影響。為了有效地選取優(yōu)化變量，首先應(yīng)先對柔性系統(tǒng)進(jìn)行固有頻率及模態(tài)等動態(tài)特性分析，從中尋找對末端軌跡精度有影響的模態(tài)以及對應(yīng)的固有頻率階數(shù)，從而將優(yōu)化重點(diǎn)放在為對末端軌跡精度影響較大的固有頻率階數(shù)上。由于固有頻率為系統(tǒng)的固有屬性，因此將硅片傳輸機(jī)器人手臂的剛?cè)狁詈蟿恿W(xué)模型寫為式(2)的形式進(jìn)行模態(tài)分析根據(jù)模態(tài)分析理論，柔性系統(tǒng)固有頻率以及模態(tài)振型可由式(3)求得，其中ω為固有頻率，A為模態(tài)振型矢量硅片傳輸機(jī)器人手臂柔性關(guān)節(jié)系統(tǒng)的質(zhì)量陣為時變矩陣，因此其固有頻率會隨著末端的位置變化而變化。采用表1的系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行仿真得到硅片傳輸機(jī)器人手臂固有頻率特性如圖3所示。由圖3中可以看出機(jī)械臂的固有頻率隨末端點(diǎn)位置變化而變化。選取末端點(diǎn)位置最遠(yuǎn)點(diǎn)進(jìn)行模態(tài)分析，分析結(jié)果如圖4所示。由模態(tài)分析結(jié)果可以看出，系統(tǒng)的第三階模態(tài)各個關(guān)節(jié)角的振幅比例約為1:–2:1。根據(jù)硅片傳輸機(jī)器人手臂的結(jié)構(gòu)原理，大臂、小臂以及末端手的關(guān)節(jié)角度按照1:–2:1運(yùn)動時，末端點(diǎn)的運(yùn)動軌跡為一條直線，故三階振動狀態(tài)對末端軌跡的直線度并不造成影響。因此，對于硅片傳輸機(jī)器人手臂進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計時，只需要重點(diǎn)考慮一階與二階的振動，以提高系統(tǒng)一階與二階固有頻率為主要目標(biāo)。

2手臂結(jié)構(gòu)優(yōu)化變量確定

如何在可優(yōu)化變量中找到對固有頻率影響最大的設(shè)計變量通常需要進(jìn)行靈敏度分析。當(dāng)優(yōu)化參數(shù)以一很小值變化時，將此時固有頻率的變化量作為該結(jié)構(gòu)參數(shù)對固有頻率的靈敏度。通常固有頻率對結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)的靈敏度可由式(4)表示式(4)的前提條件為設(shè)計變量bj的修改量必須很小。而在實(shí)際應(yīng)用中，對不同設(shè)計變量改變同樣數(shù)值時的難易程度并不相同，而對優(yōu)化變量改變同樣百分比的數(shù)值的難易程度基本一致。例如硅片傳輸機(jī)器人柔性關(guān)節(jié)剛度數(shù)值相對較大，而手臂質(zhì)量較小，如果同樣采取0.1為改變量時，剛度修改比質(zhì)量修改更容易。因此，本文提出固有頻率權(quán)值的概念，并以權(quán)值作為優(yōu)化參數(shù)的選擇依據(jù)。2.1權(quán)值概念在結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計中，固有頻率一般為多個優(yōu)化設(shè)計變量的隱函數(shù)，可將固有頻率按式(6)進(jìn)行展開，其中偏導(dǎo)數(shù)項(xiàng)即為固有頻率的靈敏度，而權(quán)值向量則表示所有變量對固有頻率數(shù)值“貢獻(xiàn)”的比例。優(yōu)化變量的權(quán)值越大說明該變量對固有頻率的影響越大。2.2優(yōu)化參數(shù)確定根據(jù)上述理論，分別對硅片傳輸機(jī)器人手臂的優(yōu)化參數(shù)進(jìn)行靈敏度分析與權(quán)值分析。結(jié)構(gòu)參數(shù)對一階固有頻率的靈敏度分析結(jié)果如圖5所示，結(jié)構(gòu)參數(shù)對一階固有頻率的權(quán)值分析結(jié)果如圖6所示；結(jié)構(gòu)參數(shù)對二階固有頻率的靈敏度分析結(jié)果如圖7所示，結(jié)構(gòu)參數(shù)對二階固有頻率的權(quán)值分析結(jié)果如圖8所示。從仿真結(jié)果中可以看出：當(dāng)采用靈敏度作為選擇依據(jù)時，關(guān)節(jié)處的等效慣量靈敏度最高，而其余參數(shù)均較小，當(dāng)采用權(quán)值作為選擇依據(jù)時，手臂質(zhì)量、桿長以及柔性環(huán)節(jié)剛度對固有頻率影響較大，顯然采取權(quán)值作為判斷依據(jù)更符合實(shí)際情況。其中權(quán)值為正表示參數(shù)增大時固有頻率提升，權(quán)值為負(fù)表示參數(shù)減小時固有頻率提升。分析結(jié)果表明：對一階固有頻率的權(quán)值較大的變量為：腕關(guān)節(jié)集中質(zhì)量、末端手臂質(zhì)量、小臂與末端手長度以及同步帶的剛度；對二階固有頻率的權(quán)值較大的變量為：腕關(guān)節(jié)質(zhì)量、小臂質(zhì)量、末端手臂質(zhì)量、小臂與末端手長度以及同步帶剛度。本文只重點(diǎn)考慮質(zhì)量的優(yōu)化，且腕關(guān)節(jié)集中質(zhì)量主要為軸承等標(biāo)準(zhǔn)件，無法進(jìn)行優(yōu)化。因此，最終的優(yōu)化變量確定為：小臂質(zhì)量與末端手臂質(zhì)量。同時注意到大臂的質(zhì)量對一階與二階固有頻率均無影響，必要時可以考慮增加大臂的質(zhì)量來增加豎直方向上的剛度。

3手臂結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計

根據(jù)上述分析結(jié)果，最終選取硅片傳輸機(jī)器人小臂質(zhì)量與末端手臂的質(zhì)量作為優(yōu)化參數(shù)，減小質(zhì)量參數(shù)有助于固有頻率的提高。然而大幅度的減小手臂的質(zhì)量必然造成手臂在豎直方向上的剛度降低，從而使懸臂結(jié)構(gòu)在豎直方向上的靜態(tài)變形增大以及在豎直方向上的振動的加劇。因此在減小手臂質(zhì)量的同時，需要考慮對豎直方向上變形的影響。3.1優(yōu)化方法及約束方程推導(dǎo)將硅片傳輸機(jī)器人小臂與末端臂簡化為圖9所示的等截面空心梁。其中H與W為空間尺寸約束條件，通常為常數(shù)；h1、h2、h3為手臂厚度變量；L為手臂長度。OYZ為截面坐標(biāo)系，YC為截面彎曲中性軸。硅片傳輸機(jī)器人小臂與末端臂的受力均可等效為圖10所示的形式。圖10中p為手臂自身重力引起的均布載荷，F(xiàn)e為等效力，Me為等效轉(zhuǎn)矩。則手臂末端的撓度、由于硅片傳輸機(jī)器人手臂為串聯(lián)結(jié)構(gòu)，故式(8)中的等效力與等效力矩均參數(shù)均與該手臂所承載的后端的手臂的質(zhì)量以及長度參數(shù)有關(guān)。因此，在進(jìn)行硅片傳輸機(jī)器人手臂結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計時需要從末端手臂開始設(shè)計，隨后再設(shè)計小臂。3.2末端手臂優(yōu)化設(shè)計在硅片傳輸機(jī)器人末端手臂設(shè)計時，末端手臂所承受的等效力與等效轉(zhuǎn)矩由末端手與負(fù)載的參數(shù)決定。通常末端手與負(fù)載的參數(shù)為常數(shù)，且末端手等效載荷以及尺寸約束參數(shù)數(shù)值如表2所示。仿真結(jié)果表明：末端總變形隨末端手臂上壁厚度的增加而增加，但當(dāng)上壁厚度大于2mm后末端總變形基本不變；側(cè)壁的厚度對末端總變形的影響較小，基本可以忽略；末端總變形隨著末端手臂下蓋厚度增加而增加，但當(dāng)下蓋厚度大于1mm之后，總變形增加的較為緩慢。因此，末端手臂厚度尺寸最終確定為：上壁厚度2mm、側(cè)壁厚度1.5mm、下蓋厚度1.5mm。3.3小臂結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計末端手臂優(yōu)化完成后，小臂的等效力與等效轉(zhuǎn)矩參數(shù)即可以確定。小臂受力及約束尺寸參數(shù)數(shù)值如表3所示。仿真結(jié)果表明：末端總變形隨小臂上壁厚度的增加而增加，但當(dāng)上壁厚度大于2mm后末端總變形基本不變；側(cè)壁的厚度對末端總變形的影響較小，基本可以忽略；末端總變形隨著小臂下蓋厚度增加而增加，但當(dāng)下蓋厚度大于1mm之后，總變形增加的較為緩慢。因此，小臂厚度尺寸最終確定為：上壁厚度2.5mm、側(cè)壁厚度2mm、下蓋厚度1.5mm。

4優(yōu)化前后性能及參數(shù)對比

優(yōu)化前后的小臂與末端手臂的三維模型如圖17所示(手臂的下端蓋未顯示)。優(yōu)化前后手臂質(zhì)量以及硅片傳輸機(jī)器人手臂系統(tǒng)的固有頻率數(shù)值對比關(guān)系如表4所示優(yōu)化前后硅片傳輸機(jī)器人手臂系統(tǒng)由懸臂引起的豎直方向上的靜變形、靜應(yīng)力以及豎直方向上的振動頻率如圖18～23所示。由表5與表6可以看出：優(yōu)化前后末端手臂質(zhì)量降低了50%，小臂質(zhì)量降低了18.8%；一階固有頻率平均值與二階固有頻率平均值均提高了10%；豎直方向上最大靜態(tài)變形量降低了52.3%；系統(tǒng)最大應(yīng)力降低了58.3%；豎直方向上的振動頻率提高了45.2%。

5結(jié)論

篇3

【關(guān)鍵詞】超深基坑，排樁內(nèi)支撐支護(hù)結(jié)構(gòu)，優(yōu)化設(shè)計

隨著城市化進(jìn)程的快速發(fā)展，城市有限的地上空間越來越不能滿足城市發(fā)展的需要，開發(fā)城市地下空間成為解決這一矛盾的重要途徑。另一方面，隨著建筑高度的不斷增加，建筑基礎(chǔ)的埋置深度也在不斷的增加。基坑工程出現(xiàn)兩個明顯的趨勢：基坑深度越來越大，工程環(huán)境越來越復(fù)雜。基坑環(huán)境保護(hù)的要求在不斷的提高，同時基坑失效事故所帶來的危害也越來越嚴(yán)重。如何確保在城市密集的建成區(qū)深基坑工程的施工安全和環(huán)境安全成為工程技術(shù)人員必須面對的課題。

本文結(jié)合青島海景公寓深基坑支護(hù)設(shè)計方案，對巖土層開挖超深基坑中排樁內(nèi)支撐支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計研究。

1工程介紹

1.1工程概況。擬建工程場區(qū)位于青島市香港東路南側(cè)，國家級旅游勝地―――青島市老人海水浴場以北，青島啤酒城正南。設(shè)計單位提供的擬建物特征：地上30層，高99.80 m；地下4層，層高3.9 m～5.1m，層總高12.20m。現(xiàn)場自然地坪高-0.25m。平面尺寸為66m×45m。基坑?xùn)|側(cè)多為2層，7層磚混結(jié)構(gòu)，距用地紅線最近約為5.0m。基坑南側(cè)和西側(cè)均為磚混建筑結(jié)構(gòu)，基坑北側(cè)主要為道路和市政管線，用地紅線距香港東路紅線最近約為15.4m

1.2工程地質(zhì)與水文地質(zhì)條件。本場區(qū)內(nèi)地形平坦，位于濱海平原地貌單元，第四系較發(fā)育。基坑自上而下依次穿越素填土、粉砂、淤泥質(zhì)粉砂、粉質(zhì)黏土、粗砂、粉質(zhì)黏土、角礫，基地位于強(qiáng)風(fēng)化巖層。支護(hù)體系的選用要遵循安全、經(jīng)濟(jì)、方便施工及因地制宜的總原則。一般要綜合考慮場地條件、基坑開挖深度和范圍、地質(zhì)條件以及地下水情況等幾個方面做出選擇。根據(jù)本工程地層地質(zhì)情況和周圍環(huán)境要求，初步擬定圍護(hù)方案為排樁內(nèi)支撐支護(hù)結(jié)構(gòu)：鉆孔灌注樁的直徑為1 200mm，樁間距為1 500mm，樁長23.4m，自上而下分別在標(biāo)高-2.65m，-6.50m，-10.40m，-15.50m處設(shè)置四道支撐。

2排樁內(nèi)支撐支護(hù)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計方法研究

目前內(nèi)支撐體系結(jié)構(gòu)計算方法主要分為三類：簡化計算方法、平面整體分析和空間整體分析。本文中采用的是平面整體分析的方法，即將支撐桿件、腰梁作為一個整體，視為一個平面體系，設(shè)置若干支座，借助大型有限元分析軟件SAP 2000進(jìn)行分析，得出支撐體系的內(nèi)力與變形，最終設(shè)計出各構(gòu)件的截面。

利用SAP2000對內(nèi)支撐體系進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，大體上分為以下幾步：

1）定義軸網(wǎng)類型。2）定義材料屬性和截面。本文研究的內(nèi)支撐為現(xiàn)澆鋼筋混凝土支撐，支撐截面均為矩形。3）繪制構(gòu)件。將每一層支撐看作一個平面桁架，選用線單元來模擬這一桁架。4）指定節(jié)點(diǎn)約束。分不同工況對該平面桁架施加約束。例如：兩鄰邊約束、對邊約束等。5）荷載工況。在內(nèi)支撐計算中考慮靜力荷載工況。6）分析工況。根據(jù)不同的節(jié)點(diǎn)約束，分不同工況對模型進(jìn)行分析，得出不同工況下內(nèi)支撐的內(nèi)力，包括彎矩，剪力和軸向力。7）找出最不利情況下的內(nèi)力，對支撐體系進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計。

3A―A剖面結(jié)構(gòu)設(shè)計計算

3.1排樁體系設(shè)計計算

根據(jù)前面提出的排樁內(nèi)支撐體系的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計方法，以基坑?xùn)|側(cè)A―A剖面為例，對排樁體系進(jìn)行結(jié)構(gòu)計算。考慮工況，分段采用等值梁法計算排樁內(nèi)力和各道支撐力，計算結(jié)果見表2。

表2 等值梁法計算結(jié)果

工況工況一工況二工況三工況四

Mmax/kN?m 173.0 324.5 658.0 986.0

T/kN 109.3 149.9 514.2 643.3

按各工況求得的墻上彎矩作出彎矩包絡(luò)圖，計算排樁配筋，計算結(jié)果見表3，按求得的支撐力設(shè)計各道支撐和圍檁。

表3 排樁體系設(shè)計參數(shù)

參數(shù)樁徑/mm樁長/m嵌固深度/m受力主筋箍筋

A―A 1 200 24.6 4標(biāo)高10.4 m范圍內(nèi)：2828標(biāo)高24.6 m范圍內(nèi)：323220@1 500

3.2內(nèi)支撐體系的設(shè)計計算

內(nèi)支撐系統(tǒng)由四道平面支撐和立柱組成。每道支撐包括環(huán)梁、腰梁和支撐桿。不同地質(zhì)剖面計算求出的支撐系統(tǒng)需要提供的支護(hù)抗力是不同的，設(shè)計支撐系統(tǒng)時按所需最大支護(hù)抗力計算，第一，二道取N=353kN/m，第三，四道取N=571 kN/m，支護(hù)抗力較小側(cè)將由基坑外側(cè)的被動土壓力平衡。

根據(jù)約束條件的不同，分四種不同支撐條件對支撐體系進(jìn)行分析：1）X向兩鉸：即沿X方向在環(huán)梁的兩端設(shè)置固定支座；2）兩鄰邊固定1：將支撐體系的南側(cè)與西側(cè)的支座設(shè)置為固定支座；3）兩鄰邊固定2：將支撐體系的北側(cè)與東側(cè)的支座設(shè)置為固定支座；4）全鉸：將環(huán)梁的約束全部設(shè)置為固定支座。通過對計算結(jié)果分析比較得出：1）在X向雙鉸的支撐條件下，環(huán)梁的彎矩最大，支撐桿件的軸力最大；2）在將支撐體系的南側(cè)與西側(cè)的支座設(shè)置為固定支座的支撐條件下，腰梁的彎矩最大。在內(nèi)支撐體系中，支撐桿件和環(huán)梁是主要的控制構(gòu)件，因此考慮選用第一種支撐條件下各構(gòu)件的最不利內(nèi)力組合來對各構(gòu)件進(jìn)行截面和配筋計算。

篇4

Wang Lei

（Chongqing Power Company PSB Control Center in Downtown，Chongqing 400015，China）

摘要：基于電力系統(tǒng)調(diào)度結(jié)構(gòu)優(yōu)化是電力系統(tǒng)分析的一個重要組成結(jié)構(gòu)優(yōu)化課題.提出基于高斯擾動和免疫系統(tǒng)理論的自適應(yīng)差分進(jìn)化算法和免疫系統(tǒng)理論的自適應(yīng)差分進(jìn)化算法。

Abstract: Scheduling structure optimization based on power system is one of the important optimization issues of power system analysis. The adaptive differential evolution algorithm based on gauss disturbance and immune system theory and adaptive differential evolution algorithm of immune system theory are given.

關(guān)鍵詞：差分進(jìn)化算法 結(jié)構(gòu)優(yōu)化算法 電力系統(tǒng)調(diào)度

Key words: differential evolution algorithm；structural optimization algorithm；power dispatch system

中圖分類號：TM7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1006-4311（2011）26-0045-01

1基于差分進(jìn)化算法在動態(tài)環(huán)境經(jīng)濟(jì)電力系統(tǒng)調(diào)度結(jié)構(gòu)優(yōu)化應(yīng)用研究

1.1 基于電力系統(tǒng)調(diào)度結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型分析基于電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度火力發(fā)電機(jī)i燃料消耗量可以表示為：

f■■（p■）=a■+b■?鄢p■+c■?鄢p■■+e■?鄢sinf■p■■-p■（1）

其中，ai，bi，ci，ei，fi是火力發(fā)電機(jī)i的經(jīng)濟(jì)調(diào)度參數(shù)；p■■是火力發(fā)電機(jī)i最小的有功輸出功率；p■表示火力發(fā)電機(jī)i在時刻t有功輸出功率。對于給定的一個電力系統(tǒng),其經(jīng)濟(jì)調(diào)度可以表示為一段時間T內(nèi)所有處于工作狀態(tài)的Ns個火力發(fā)電機(jī)總?cè)剂舷牧孔钚』？杀硎緸椋篎=min■■f■■（p■）（2）

其中：F為總的燃料消耗量，T表示為基于特定調(diào)度問題的時間跨度，Ns從為特定調(diào)度問題處于運(yùn)行狀態(tài)的火力發(fā)電機(jī)的數(shù)量，f■■（p■）表示火力發(fā)電機(jī)i在時刻t的燃料消耗量。

1.2 基于電力系統(tǒng)最小化污染物排放調(diào)度方法研究基于電力部門不僅要保證采用盡可能少的燃料消耗量來提供充足和安全的電力保障，確保盡可能減少環(huán)境污染。每個火力發(fā)電機(jī)的污染物排放量可以是一個RBF函數(shù)和一個指數(shù)函數(shù)組如公式（3）所示。

e■■（p■）=a■+?茁■?鄢p■+?酌■?鄢p■■+?濁■?鄢exp（?啄■?鄢p■）（3）

其中，ai，?茁i，?酌i，?濁i，?啄i為火力發(fā)電機(jī)i污染物質(zhì)排放量因子，e■■（p■）表示火力發(fā)電機(jī)i在時刻t的污染物質(zhì)排放量。基于運(yùn)算動態(tài)電力系統(tǒng)，其環(huán)境調(diào)度問題可以滿足一系列約束條件的前提下同時運(yùn)行的Ns火力發(fā)電機(jī)在時間跨度T內(nèi)總的污染物排放量達(dá)到最小，如公式（4）所示E=min■■e■■（p■）（4）

其中：E為總的污染物排放量，T表示為基于特定調(diào)度問題的時間跨度，Ns為基于特定調(diào)度問題處于運(yùn)行狀態(tài)的火力發(fā)電機(jī)的數(shù)量，e■■（p■）表示火力發(fā)電機(jī)，在時刻t的污染物排放量。

2基于電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)預(yù)測優(yōu)化問題方法研究

2.1 基于雙目標(biāo)結(jié)構(gòu)優(yōu)化問題轉(zhuǎn)換單目標(biāo)結(jié)構(gòu)優(yōu)化問題分析基于動態(tài)環(huán)境經(jīng)濟(jì)電力系統(tǒng)的調(diào)度問題是一個雙目標(biāo)結(jié)構(gòu)優(yōu)化問題，它需要同時進(jìn)行電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)調(diào)度和環(huán)境調(diào)度。基于多目標(biāo)結(jié)構(gòu)優(yōu)化算法來運(yùn)算雙目標(biāo)結(jié)構(gòu)優(yōu)化問題，但是那些算法都是基于低維的多目標(biāo)結(jié)構(gòu)優(yōu)化問題提出的。基于高維的多目標(biāo)結(jié)構(gòu)優(yōu)化問題那些算法不但效率低，而且往往得不到滿意的運(yùn)算方案。短期水火電力系統(tǒng)的調(diào)度不但是高維雙目標(biāo)結(jié)構(gòu)優(yōu)化問題，而且有多個約束條件需要運(yùn)算。

2.2 基于差分進(jìn)化算法求解電力系統(tǒng)調(diào)度結(jié)構(gòu)優(yōu)化問題研究基于動態(tài)電力系統(tǒng)調(diào)度結(jié)構(gòu)優(yōu)化這樣高維結(jié)構(gòu)優(yōu)化問題，采用啟發(fā)式策略對差分進(jìn)化算法得到的運(yùn)算方案進(jìn)行修正，能夠極大的提高群體的多樣性，采樣拓展搜索空間數(shù)據(jù)，并對問題的求解精度有著較大的互影響，因而能夠得到更優(yōu)的調(diào)度運(yùn)算方案。基于動態(tài)環(huán)境經(jīng)濟(jì)調(diào)度問題是雙目標(biāo)結(jié)構(gòu)優(yōu)化問題，雖然很多學(xué)者提出很多雙目標(biāo)結(jié)構(gòu)優(yōu)化算法，但是對于高維的雙目標(biāo)結(jié)構(gòu)優(yōu)化問題那些算法不但效率低，而且往往得不到滿意的運(yùn)算方案。

3基于多目標(biāo)差分進(jìn)化算法在電力系統(tǒng)調(diào)度結(jié)構(gòu)優(yōu)化中的應(yīng)用

3.1 基于水火電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)調(diào)度系統(tǒng)分析基于經(jīng)濟(jì)負(fù)載調(diào)度是在一般情況下，經(jīng)典的經(jīng)濟(jì)負(fù)載調(diào)度就是在滿足各種操作約束的條件下使系統(tǒng)中的火力發(fā)電機(jī)總的燃料消耗達(dá)到最小。一般都是采用軟計算的方法來運(yùn)算經(jīng)濟(jì)負(fù)載調(diào)度問題。某一火力發(fā)電機(jī)i在時刻t的燃料消耗量可以用一元二次方程來表示，如公式（5）所示：

f■（p■）=a■+b■?鄢p■+c■?鄢p■■（5）

其中，asi，bsi，csi為火力發(fā)電機(jī)i的燃料消耗因子，psit為電力發(fā)電i在時刻t的有功輸出功率。

基于火力發(fā)電機(jī)工作原理出發(fā)，為了更高精確的描述火力發(fā)電機(jī)燃料消耗數(shù)據(jù)，采用上面的公式進(jìn)一步的優(yōu)化模型算法。在計算火力發(fā)電機(jī)的燃料消耗量的過程中，火力發(fā)電機(jī)的隱含閥點(diǎn)效應(yīng)自適應(yīng)濾波運(yùn)算。因此運(yùn)用火力發(fā)電機(jī)的燃料消耗量的修正公式如公式（1）所示。對于一個給定的水火電調(diào)度系統(tǒng)，其經(jīng)濟(jì)調(diào)度問題可以滿足一系列約束條件的前提下使同時運(yùn)行的從Ns個火力發(fā)電機(jī)在時間跨度T內(nèi)總的燃料消耗量達(dá)到最小及其總的燃料消耗量的計算公式如公式（2）所示。

3.2 基于水火電系統(tǒng)的環(huán)境調(diào)度應(yīng)用分析基于電力系統(tǒng)環(huán)境調(diào)度是將火力發(fā)電站作為市場經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展提供源源不斷的電能，但它同樣也帶來嚴(yán)重的環(huán)境污染問題。基于全國人民都關(guān)注和支持環(huán)境的保護(hù)，因此各省市自治區(qū)電力部門在保障提供充足和安全電能的前提下不僅要保證采用盡可能少的燃料消耗量而且還要保證盡可能減少環(huán)境污染[2]。在運(yùn)行水火電力系統(tǒng)調(diào)度中，只是要求在整個系統(tǒng)運(yùn)算的過程中使用最少的燃料來提供盡可能多的電能，并沒有考慮環(huán)境污染的問題。而在該水火混合電力系統(tǒng)中，每個火力發(fā)電機(jī)的污染物排放量可以由一個RBF函數(shù)和一個指數(shù)函數(shù)組成如公式（3）所示。對于一個給定的水火電調(diào)度系統(tǒng)，其環(huán)境調(diào)度問題可以被描述為一系列約束條件的前提下同時運(yùn)行的Ns個火力發(fā)電機(jī)在時間跨度T內(nèi)總的污染物排放量達(dá)到最小，其總的污染物排放量如公式（4）所示。

4結(jié)束語

基于動態(tài)環(huán)境經(jīng)濟(jì)調(diào)度中復(fù)雜結(jié)構(gòu)優(yōu)化運(yùn)算，提出基于差分進(jìn)化算法和該啟發(fā)式搜索策略的動態(tài)環(huán)境經(jīng)濟(jì)調(diào)度算法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)，該計算算法能夠處理電力系統(tǒng)調(diào)度結(jié)構(gòu)優(yōu)化中的問題和故障。

參考文獻(xiàn)：

篇5

關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)設(shè)計;優(yōu)化設(shè)計;實(shí)踐

中圖分類號：TU318 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

對于一個項(xiàng)目，工程結(jié)構(gòu)總體的優(yōu)化設(shè)計主要是針對圍護(hù)結(jié)構(gòu)、屋蓋系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)體系、基礎(chǔ)形式以及結(jié)構(gòu)細(xì)部等進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)計方案的優(yōu)化設(shè)計。在設(shè)計的時候還必須考慮到相應(yīng)的布置、選型、造價以及受力等方面的問題，然后根據(jù)工程的實(shí)際情況并結(jié)合建筑物的經(jīng)濟(jì)性要求，對建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)的優(yōu)化設(shè)計。 為了適應(yīng)時展的要求，建筑的結(jié)構(gòu)形式必須不斷的進(jìn)行創(chuàng)新。對于結(jié)構(gòu)設(shè)計師來說，要在確保建筑結(jié)構(gòu)具有一定的安全保證的基礎(chǔ)上設(shè)計更合理、更經(jīng)濟(jì)、更能體現(xiàn)創(chuàng)新的結(jié)構(gòu)形式。

1 結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化技術(shù)的現(xiàn)實(shí)意義

對建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計進(jìn)行必要的優(yōu)化，在對于房屋結(jié)構(gòu)相關(guān)的設(shè)計中的應(yīng)用意義重大，不僅能夠滿足了建筑的實(shí)用與美觀，而且還可以有效地對工程造價進(jìn)行控制。對于建筑商來說，其當(dāng)然希望用最少的投資，而獲得最大的收益，然而又必須對建筑結(jié)構(gòu)的科學(xué)性、可靠性以及安全性做出保證，這必然要求對建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。

結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化和傳統(tǒng)房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計進(jìn)行比較我們可以發(fā)現(xiàn)：運(yùn)用設(shè)計優(yōu)化的技術(shù)能夠降低整個建筑工程造價10%～40％。結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化技術(shù)能夠使得建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)部的每個單元都得到最佳的協(xié)調(diào)，并可以對材料的性能進(jìn)行最合理的利用。這樣不僅能夠保證相關(guān)規(guī)定的安全系數(shù)，還能夠?qū)崿F(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的經(jīng)濟(jì)性與實(shí)用性。

2 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

2.1 建立結(jié)構(gòu)優(yōu)化的模型

在我們對房屋結(jié)構(gòu)整體進(jìn)行必要的優(yōu)化設(shè)計時候，可以分成三步進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計。下面將對每一步驟進(jìn)行詳細(xì)的介紹：

2.1.1 要對設(shè)計變量進(jìn)行合理的選擇

通常在對設(shè)計變量進(jìn)行選擇時，我們把對建筑結(jié)構(gòu)影響的主要參數(shù)作為設(shè)計變量。如目標(biāo)控制的相關(guān)參數(shù)（損失的期望C2 和結(jié)構(gòu)的造價C1）和約束控制相關(guān)參數(shù)（結(jié)構(gòu)的可靠度PS）等；然而還有一些影響不是太大，其變化范圍也不是很大或者由局部性以及結(jié)構(gòu)的相關(guān)要求就能夠滿足相應(yīng)的設(shè)計要求的一些參數(shù)，我們可以用預(yù)定參數(shù)來表示，這樣能夠使得我們的設(shè)計量、計算量以及編制程序的工作量均大大減小。

2.1.2 對目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行確定

在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的時候，我們還必須尋找一組能夠滿足相關(guān)的預(yù)定條件的截面相應(yīng)的幾何尺寸、鋼筋面積以及相應(yīng)的失效概率的函數(shù)，使得工程造價最少。 針對目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行的優(yōu)化設(shè)計都有條件和相對的，即為“最滿意解”而不是最優(yōu)解。

2.1.3 對約束條件進(jìn)行確定

對于房屋的結(jié)構(gòu)的設(shè)計優(yōu)化來說，必須在確保結(jié)構(gòu)整體可靠的基礎(chǔ)上，對優(yōu)化設(shè)計相關(guān)的約束條件進(jìn)行相應(yīng)的確定，設(shè)計優(yōu)化的約束條件主要包括裂縫寬度約束、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。在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計的時候，我們必須對目標(biāo)約束條件與實(shí)際的約束條件進(jìn)行相應(yīng)的比較與分析，確保每個約束條件都必須滿足相應(yīng)的要求，化繁為簡，抓大放小，以實(shí)現(xiàn)最佳的設(shè)計。

2.2 對優(yōu)化設(shè)計的計算方案進(jìn)行設(shè)定

根據(jù)可靠度進(jìn)行的房屋結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計具有多約束且非線性的優(yōu)化問題以及復(fù)雜的多變量，在進(jìn)行相應(yīng)的分析計算中，一般把有約束的優(yōu)化問題轉(zhuǎn)換成無約束優(yōu)化問題的求解。常用的優(yōu)化設(shè)計的計算方法有拉格朗日乘子法、復(fù)合形法、準(zhǔn)則法以及Powell（鮑威爾） 法等基于不同理論準(zhǔn)側(cè)的計算方法。

2.3 進(jìn)行程序的相關(guān)設(shè)計

針對具體的工程設(shè)計，我們可以根據(jù)不同的設(shè)計要求選擇有限元分析軟件或者設(shè)計配筋軟件，可以選擇針對具體構(gòu)件進(jìn)行有限元分析或者是針對整體結(jié)構(gòu)實(shí)際工程計算分析。針對復(fù)雜的超高超限的工程可以進(jìn)行專門的不同目標(biāo)函數(shù)的優(yōu)化設(shè)計，具體可選用結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計系統(tǒng)MCADS。

2.3 結(jié)果分析

我們必須對相應(yīng)的計算結(jié)果進(jìn)行必要的分析比較，選擇出最佳的設(shè)計方案。在這個過程中，我們對出現(xiàn)的問題必須全方位、多角度的考慮。例如，鋼結(jié)構(gòu)滿應(yīng)力設(shè)計中病態(tài)桿的出現(xiàn)等。這一步驟在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化中尤其重要，合理的選擇設(shè)計方案，不僅能夠確保結(jié)構(gòu)的美觀、安全性、合理性以及實(shí)用性，還能夠?qū)κ┕ぶ械馁Y金的投入有著重大的影響。在結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化中只強(qiáng)調(diào)經(jīng)濟(jì)性要求，而忽略技術(shù)要求，是不正確的；同樣只考慮技術(shù)要求，忽略經(jīng)濟(jì)性要求，也是不合理的。我們必須在滿足現(xiàn)行規(guī)范的前提下，區(qū)分“應(yīng)”和“宜”，對兩者進(jìn)行合理的配置，才能達(dá)到相關(guān)要求。

3 結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化技術(shù)的實(shí)踐應(yīng)用

當(dāng)下，限額設(shè)計已經(jīng)成為常態(tài)，建設(shè)商經(jīng)常附加各種各樣的設(shè)計條件，對于這樣的項(xiàng)目我們可以從前期設(shè)計、整體設(shè)計、舊房改造以及抗震設(shè)計等方面采用結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化設(shè)計的方法來節(jié)約造價。下面對實(shí)踐應(yīng)用中的問題進(jìn)行簡單的說明：

3.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化應(yīng)注意前期參與

前期方案直接會影響到工程的造價，然而很多建筑物的設(shè)計往往忽略了這一點(diǎn)。項(xiàng)目立項(xiàng)后，結(jié)構(gòu)師應(yīng)該及時跟進(jìn)，對建筑方案提出合理的指導(dǎo)意見，避免出現(xiàn)超限、超規(guī)范的情況，前期參與能夠讓我選擇合理的結(jié)構(gòu)形式以及合理的設(shè)計方案，節(jié)約造價占50%以上。

3.2 概念設(shè)計結(jié)合細(xì)部結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化

在沒有具體數(shù)值量化的情況下，我們可以使用概念設(shè)計。例如，對地震的烈度進(jìn)行設(shè)防時，由于它存在這不確定的因素，所以我們無法找到與實(shí)際相符合的計算式，所以在進(jìn)行設(shè)計優(yōu)化的時候我們可以使用概念設(shè)計的方法，把相應(yīng)的數(shù)值作為參考與輔助相關(guān)的依據(jù)。同時在設(shè)計過程中，相關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計人員必須合理并靈活的使用結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的方法，從而達(dá)到最佳的效果。

在設(shè)計過程中必須對細(xì)部的結(jié)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)計優(yōu)化，物盡其材。例如，豎向柱構(gòu)件采用高強(qiáng)度混凝土能夠有效減少柱子截面，而對于水平構(gòu)件來說就可以降低混凝土標(biāo)號，這樣既可以達(dá)到受力要求，又可以節(jié)約成本。后期的優(yōu)化設(shè)計和細(xì)部結(jié)構(gòu)精細(xì)化設(shè)計能節(jié)約一定的經(jīng)濟(jì)成本。此階段通過優(yōu)化設(shè)計能節(jié)約造價10%以上。

3.3 下部地基基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的設(shè)計優(yōu)化

基礎(chǔ)的設(shè)計尤為重要，基礎(chǔ)造價能占到結(jié)構(gòu)成本的30%左右，在地基基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化中，我們必須選取合適的基礎(chǔ)方案，確定合理的持力層，盡量選擇天然地基，樁基能不用則不用，可以有效降低成本、節(jié)約工期。如果不可避免的采用樁基，需根據(jù)樁端持力層的厚度選擇合理的樁長，并根據(jù)土層情況確定是否采用后壓漿灌注樁；而對于管樁，同樣直徑可以考慮選用方樁，能夠提高20%的摩擦力。通過對多種設(shè)計方案進(jìn)行必要的分析比較，然后選取最佳的設(shè)計方案。

4 結(jié)語

對于住宅建筑，目前限額設(shè)計已經(jīng)成為常態(tài)，傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計理論與方法已經(jīng)無法滿足建設(shè)商的要求，在目前的設(shè)計中采用優(yōu)化設(shè)計已經(jīng)成為無法回避的問題。通過選擇合理的結(jié)構(gòu)體系以及基礎(chǔ)方案，充分利用材料強(qiáng)度，降低自重，活學(xué)活用規(guī)范做到精細(xì)化設(shè)計能夠節(jié)約可觀的工程造價，適應(yīng)建設(shè)綠色可持續(xù)發(fā)展社會的要求。

參考文獻(xiàn)

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