建筑结构的计算机优化设计

摘要：建筑结构对于我国建筑行业来说起着非常重要的作用，建筑结构的计算机优化设计更是占据着非常重要的位置，本文就计算机结构优化实用算法以及算法的实用软件系统进行了分析。这一系统不仅能够更好地指导和优化钢筋混凝土房屋结构的设计工作更适合于实际中的应用。

关键词：建筑结构；计算机优化；尺寸优化；土建成本控制

从一个建筑的角度来说其建筑结构设计占据着非常重要的位置。为了能够更好地优化建筑结构设计，能够进一步的规整我国建筑领域。就此认为应该将计算机的结构优化法应用在建筑结构当中，以期能够更好地进行建筑，能够为实际应用提供一定的益处。

一、房屋建筑结构的优化理论运用

在房屋建筑结构当中，优化理论和方法运动的很少。之所以会出现这样的情况是因为，在进行建筑设计的时候，规范中的要求和实际设计时候的约定和约束有的时候不能够显示出表达和实际要做的算法。建筑结构一般为大型的结构，其设计变量和约束的条件非常多，但是不同类型的约束条件混在一起的时候，不能够真正的做到单一的优化算法解决问题，而且建筑结构的断面尺寸一般不是连续量，是离散量。，这种现象就导致了连续变量优化没有使用的地方。对于建筑结构的优化设计来说，必然要开发一些比较使用且方便的优化参数定义的软件工具。如果不这样，那么准备一次优化设计的数据将会花费大量的时间，对于现有的体制来说，只要求设计者要考虑到设计的安全问题，在追求质量设计这方面还没有一定的激励机制，使得工程师们只是一味的赶进度，求省事，从而只追求量而没有提高其质量。

二、建筑结构的优化设计

就目前我国建筑结构的优化体系来说，其优化理论还不能够更好地解决，因为这不仅仅只是结构的问题，还涉及到了建筑商业用途的问题，其功能和建筑美学要求。建筑材料的供应以及法规要求，施工技术等问题，将工程师的设计经验以及相对应的设计实例做成了不断自我扩充的专家知识库和设计实例库，并且针对数据库的查找、储存、排序等手段做成了相对应的形状等。对于结构的拓扑和形状的优化，虽然说在一定程度上有了一定的发展和进步，但是从另外一个角度来说，建筑结构优化尺寸，大部分的工作都会集中在怎样形成一个结构，尤其是对高层结构的侧向刚度问题。

三、建筑结构TBCAD软件系统介绍

建筑结构的设计可以从设计方案、机构建模、结构优化、结构分析、构件细部设计等几个方面说起。其中，大型的结构优化以及设计的评估等方面还没有形成商业化的软件。TBCAD系统是非常全面的建筑结构的计算机辅助优化设计以及成本控制的软件系统。TBCAD在优化设计理念方法非常有造诣，它主要是针对传统型的成本控制结构设计问题进行设计，比如说指导结构的方案设计，和优化评估的方法设计等，力求能够得到最优化的解决方案，从而能够取得土建成本以及物力、人力和时间最优的状态，且TNCAD优化结构方案能够自动的满足规范的所有要求。它的主要功能可以从以下几个方面说起。

目标是结构松造，其中包括了钢筋、混凝土以及模范费用等，这些费用都比较小，钢筋混凝土结构会在静力侧向和在作用之下进行控制，包括层间位移约束控制以及顶点位移控制。钢筋混凝土结构在动力侧向荷载作用下的优化包含了自振周期相应约束控制，以及钢筋混凝土结构在组合荷载作用下的强度约束控制，还有配筋率的控制，构建的尺寸约束控制等。

在进行优化的过程中，每一次的优化循环都可以分为两个不同的阶段，其中第一阶段是针对侧向刚度进行控制，这个阶段的主要目的就是能够通过材料调整，通过重新分配，从而能够达到以最少总混凝土用量取得最大的侧向刚度。从第二阶段来说，是对构建强度优化进行控制。这个阶段的主要目的就是通过调整单个构建的结构断面尺寸和用钢量的比例，从而达到一个最少结构造价的硬性的要求。在进行优化的过程中，要求每一次循环中的第二个阶段都是可以独立运行的，简单来说就是既要能够保证只进行侧向刚度优化，或者是只进行构建强度优化。与此同时，也可以考虑到刚度控制以及构建强度控制的优化。

虽然说这样的优化形式有很多的优点和益处，但是对于数字表达在优化问题上面还有很多的弊端，比如说首先是设计变量过多，对于一个实际建筑结构项目尤其是高层结构来说，结构构建可能是很多人，必须要利用一个高效率的算法才能够更好地处理，从而避免计算工作量成为一个难题。

从第二点来说就是其中所涵盖的约束条件过多，比如说一个结构构件的强度约束条件就可以达到几十个，那么上千万个结构构件的数量可想而知，是没有办法计算的。如果说仅仅只有一个算法来计算这些构件，是不可能的一种现象。

所以说在进行构件计算的时候，一定要对结构进行分层标注，对结构进行分组，在其中在加上侧向的荷载信息，最后才能够组成等高的结构分析模型。

结语：

总而言之，根据这一领域多年以来的研究所得出来的结果发现，最适用于钢筋混凝土结构优化设计的使用算法就是本论文中所介绍出得TBCAD系统。而且TBCAD系统所进行优化的主要工作流程也是非常适用于钢筋混凝土。针对工程的例子进行相对应的讲述，说明了TBCAD是一个非常实用的结构优化设计系统。

参考文献：

[1]钱垂军.计算机辅助设计系统研究[D].重庆大学，2011.

[2]胡延平，马德成，何鸿鹏，欧宗瑛.基于模型重建技术的图形匹配原理与方法[3].大连理工大学学报，2010.（02）.