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摘要：近年来，人们的生活质量不断提升，对日常工作和居住环境提出了更高的要求，优化建筑结构的性能，促使其节能性有效提升势在必行。而要想实现这一目标，必须积极优化设计建筑结构，在这种情况下，本文从科学选择设计变量确定目标函数、充分掌握各项约束条件、确定优化方法等角度出发，对结构优化设计的数学模型和优化方法进行了分析，并对优化设计综合评价指标体系的建立和使用展开了探讨，希望对我国建筑结构的优化起到促进作用。
关键词：建筑结构；优化设计；结构措施
1结构优化设计的数学模型和优化方法
在优化设计建筑结构的过程中，数学模型的建立至关重要。在控制数学模型的基础上，有助于提升优化设计参数的精度，促进计算工作量的减少。
1.1科学选择设计变量
设计中，应从优选择的量就是设计变量，在建筑结构中，设计变量主要包括截面尺寸、材料和形状参数等。要想从根本上提升建筑结构优化设计质量，必须科学的选择设计变量，这一过程中，通常需要耗费大量的时间进行多个设计变量的对比和检验。然而，仅有少部分设计变量被应用于优化过程中，而在定量的设定过程中，将对多数优化效果较低的参数进行应用。选择设计变量时，应详细分析客观条件，如截面高度在梁中的具体体现是设计变量的主要依据之一，因此设计变量的选择，必须严格遵守相关要求和规范。
1.2确定目标函数
选择设计变量，并不是毫无目标的，各个设计变量必须能够满足特定的解析表达式，因此确定目标函数至关重要。由于目标函数解析式的指标形式无法应用设计变量的特性进行代替，因此选择目标函数时，对其的判别应建立在结构方案标准的基础之上。在这种情况下，确定优化设计中的目标函数，必须对建筑结构的强度、造价、重量以及体积等因素进行全面的了解。
1.3充分掌握各项约束条件
优化设计建筑结构时，会存在各种约束条件，优化设计是否能够同这些约束条件相符，对工程管理的质量具有直接影响。在充分掌握各项约束条件的过程中，应明确其同优化变量之间的关系，部分无法省略的限制性因素就是约束条件。确定约束条件时，还应当时代删除一定无关紧要的限制因素，为实现简化约束条件的目标奠定良好的基础。优化设计建筑结构的过程中，约束条件较多，从整体上可以将约束条件划分成两种类型：第一类约束条件是产生于设计规范等内容当中的；另一类约束条件的获取，必须在一系列结构计算的基础上才能够实现，值得注意的是，设计变量同此类约束条件没有直接联系。
1.4确定优化方法
优化设计建筑结构的过程中，包含多种途径，现阶段各种方法没有得到归类和划分，而在不同的优化方法和特征的基础上，通常可以选择优化准则法和数学规划法。
2优化设计综合评价指标体系的建立和使用
2.1建立优化设计综合评价指标体系
在分析优化设计综合评价指标体系的过程中，需要对层次分析法进行应用，在有效结合定量和定性指标的基础上，实现有序分解复杂问题的目的，而对这些问题的判断，是建立在一系列客观事实的基础之上的。由于相对重要的定量会存在于每一个层次当中，因此这些定量都必须得到充分的表示。接下来在表达不同层次中所有的元素数值以及次序的过程中，需要对相应的数学方法进行充分的应用，在详细分析每一层中的问题时，能够实现对优化设计整体的充分把握。通常情况下，四个层次存在于优化设计综合评价指标体系中，第一层为总目标层，即优化设计综合评价指标体系整体，在设计中，必须坚持可持续发展观念，同时还应当全面展现现代建筑结构设计理念以及先进的技术水平，而在展开全面评价的过程中，需要从经济、社会以及环境三个角度出发，因此具有较强的综合性；第二层包含结构可靠性、体系先进性和结构经济性三方面内容；准则层为第三层，施工场地、施工材料以及构件等是主要内容；对第三层的深入划分即第四。
2.2优化设计综合评价指标体系的使用
要保证针对性体现于模型中，可以将城市进行特大、大和小三个形式的划分。接下来，从历史、地理、文化以及经济等角度出发，对某一种形式的城市特征进行总结，在此基础上再展开城市不同层面因素的划分和不同指标的整合，能够提升优化设计综合评价指标体系的科学性。在对相应指标进行确定的过程中，可以通过随机选取的方式进行，接下来需要以特定的标准为基础，对相应指标进行打分，实现优化设计方案的目的，同时，在对以上环节不断重复的过程中，能够为最优的设计方案的形成奠定良好的基础
2.3优化设计方案
一方面,在对建筑物的基本构件进行挑选时,应该在把握建筑物整体性能的基础上进行,选择能够同时满足建筑物需求与工程成本的构件,以提高建筑物性能,降低建筑成本。另外,在建筑物的建设中,如果建构件之间的组成过于复杂,则会导致估算结果与工程实际情况之间的误差增大,影响建筑结构设计的科学性,埋下安全隐患。因此,需要对建筑结构构件进行简化,尽量将构件的数量减少,以保证建筑结构的可行性与安全性。另一方面,从整体上把握建筑物布局,对整体与局部之间的联系进行考虑,保证建筑物整体布局的合理性。
2.4优化结构分析方法
在对建筑物结构进行设计时,往往会涉及到较多的计算程序。而对建筑结构设计进行优化的过程,实际上就是一个对多个变量与设计条件进行反复计算的过程。因此,建筑结构设计人员在演算各类数据时,应该对附加约束条件进行转化,使之成为没有约束条件的问题,以求得更加准确的计算结果[3]。另外,在对建筑结构设计进行优化的过程中,有多种计算方法,设计人员不可单一应用一种,而应该应用两种以上方法进行计算,并对计算结果进行对比分析,不断对结果进行优化,以保证建筑结构优化设计计算的严谨性。
2.5优化统计结果
对设计方案进行优化计算后,建筑结构设计人员应该对计算所得结果与结论进行深入分析,明确各设计方案的相似性与差异性。在综合性衡量的基础上,选择出一种最为合理、可行的设计方案。与此同时,在对结论进行分析的过程中建筑结构设计人员应该注重细节性的问题,及时发现其中不合理的地方,并予以改进,从整体提高建筑结构设计的科学性。此外,建筑结构人员应该对工程经济效益与施工技术质量之间的关系进行妥善处理,不能盲目节约工程成本,忽视技术的提升与管理,为建筑结构整体质量提供保障。
结束语：
综上所述，优化设计建筑结构，不仅能够对建筑结构产生影响，还会对建筑使用功能、建筑性能等都造成直接的影响，因此，现阶段积极构建科学的优化设计综合评价指标体系和数学模型至关重要，这关系到建筑结构优化设计方案的最终质量。
参考文献：
[1]李育楷，王全凤.不需要计算机的建筑结构优化———概念设计[J].工业建筑，2014，31（10）：21~23，65.
[2]徐芳.房屋建筑结构设计中建筑结构优化设计方法的应用探讨[J].城市建设理论研究（电子版），2015，5（27）：788.