结构设计优化在建筑结构设计中的应用分析

陈炜

（河南省建筑设计研究院有限公司　河南省　郑州市　450000）

结构设计优化在建筑结构设计中的应用分析

陈炜

（河南省建筑设计研究院有限公司河南省郑州市450000）

在建筑机构设计中，采用合理的建筑结构方案，不仅能够实现建筑物的实际使用价值，而且还能够很好地实现建筑物的经济价值和环保价值。本文主要讲述了结构设计中建筑结构设计的优化方法、结构设计优化在建筑结构设计中的应用、结构设计优化技术的实践应用中要注意的问题，并对结构设计优化在建筑结构设计中的具体应用进行了分析。

建筑结构设计；优化方法；应用；分析

1　前言

现代的建筑结构设计与传统的建筑结构设计方案相比，建筑结构设计的优化可以有效地降低建筑结构成本投入。通俗的讲，好的结构方案不仅可以在最大程度上为建设单位减少资本投入，带来更多的经济效益，而且还可以科学有效地保护建筑施工场地的生态环境，从而实现建筑经济利益与环境保护相结合的模式。建设单位从事建筑开发的基本原则就是在最大程度的减少资本投入、减少建筑材料使用的基础上，实现建筑的高质量和长期使用。其采用的结构设计优化措施，可以科学地实现建筑施工过程中各种资源的合理配置，以及各项建筑材料的充分利用，并且更好地协调建筑空间布局，使得建筑空间布局能够有效的结合，共同发挥其使用功能。因此，合理的利用建筑结构优化技术，在确保建筑安全性能的前提下能够充分的体现出建筑结构创新性。

2　简述建筑结构设计优化方法

2.1建立优化分析模型

在建筑结构的优化设计过程中，分析模型在其中可以发挥巨大作用，因此，通过建立一个科学合理的优化分析模型可以实现对原有的设计进行分析的目的，从而可以使设计结果更加优化。①对变量的选择。一般情况下，建筑师决定的最终建筑设计方案起到重要的作用，这些重要的建筑数值均可以作为变量供建筑设计人员进行选择。②对函数的确定。设计人员要选择出最符合配筋率和房屋结构构件尺寸的一组函数，进而在最大程度上降低建设成本。③对施工条件的衡量。想要进一步确保建筑结构的稳定性，就需要从房屋的受力限度、变形限度、结构的稳定性、房屋结构构件的尺寸、结构构件裂缝的限度、房屋的结构体系等方面考虑。

2.2满足建筑质量安全

一般来说，建筑结构优化的目的是满足房屋建筑的基本功能需求和舒适度要求、满足建筑质量安全和美观度要求、对房屋建筑结构造价进行控制。

2.3选取最科学的优化数学算法

当在第一步已经建立优化的分析模型之后的情况下，这时就需要最科学、合理的优化数学算法和优化迭代控制来解决接下来所遇到的问题。在第二步的过程中，设计者会面临着重要的选择，那就是要在多种优化数学方法中能够及时有效地选取最科学的优化数学算法，从而实现最优化的设计效果。

2.4对统计结论进行分析

设计人员在进行了各种计算之后，要对统计结果进行认真的分析，并且找出各个设计方案中不同点和相同点，并且结合总体的设计情况和进展选择最佳的设计方案。设计人员在进行结论分析的时候，要注意不要遗漏一些细节问题。房屋的建设与设计是一项耗时长、成本高的项目，它不仅涉及到建设单位的利益，也涉及到了房屋使用者的利益，设计人员在把握细节的基础上，要注意从宏观上把握住当事人的利益，这样才能够有效的节约建设成本，进一步优化建筑结构。在进行建筑结构优化的时候，设计人员不仅要避免追求片面的利益，还应该避免为了追求设计创新而忽略了建筑实际情况。

3　结构设计优化在建筑结构设计中的应用分析

3.1对建筑主体上部结构进行的科学性优化

房屋建筑的上部结构设计应当建立相应的模型并进行系统的优化。整个过程第一步就是先恰当的设置剪力墙，一定要保障整个剪力墙的布置是平均的，只有这样楼层的平面刚度中心点就会和楼层平面质量的重心相互重合，那么就会使其对地震和风荷载有着预防的作用。我们在进行建筑结构设计的时候，要是条件允许的话，我们要尽量的对剪力墙进行大开间的布置，加长剪力墙的墙肢长度，这样既能减少墙肢的数量，还能在符合规范的条件下减少混凝土的使用量。另外，剪力墙内的暗柱通常都设置了钢筋，如果采用较大的剪力墙就可以减少相对的钢筋使用数量，从而相应减少的材料成本。然而如果建筑的本身不具有相应的条件，而且对于抗震抗压的要求较高，就不得开间过大的剪力墙。

3.2结构优化与建筑优化保持协调

对于结构设计既要保证结构的整体性，又要与建筑平面功能的紧密配合，只有这样才可以达到建筑自身的功能和建筑结构的相应合理性。对于建筑工程来说，既要保证建筑平面的简洁，还要保证建筑墙体和立柱不可以有错位现象的出现，也要保证建筑高度和截面面积相通。我们在对楼体进行设计的时候，建筑物本身受力比较多的转角的地方，一定采用那些承载力强的建筑材料，才能降低自重。对于建筑结构整体来讲要保证重心、刚心、质心三者正确交叠，防止扭转的状况出现。

3.3直觉优化技术与建筑结构设计

即使对于同一个建筑方案，结构布置方面也可能存在诸多的差异。如果建筑结构布置已经确定，就算是荷载情况是一样的，也能够把差异化分析方法应用进来。我们在进行分析的过程中，也可以选用差异化设计参数、荷载与材料的取值，在对建筑结构进行细部处理的时候，也同样会有着许多的差异。由于现在的建筑结构的都是用计算机来进行计算的，但是就算计仍然会有许多没有办法解决的问题，那就需要我们的设计人员对其进行科学合理的判断。我们在对其进行判断的过程中，一定要严格的根据建筑结构设计规律，然后再结合以前的一些建筑工程的实践经验，这就是我们常说的概念设计。设计人员在选择方案的时候，经常用到概念设计。

3.4建筑寿命优化与阶段性优化

在建筑的使用年限内，需对建筑每一阶段进行相应的结构方案优化。房屋结构的设计者要考察各个阶段的特点，根据实际情况进行优化方式的确定，从而对工程的整体寿命进行科学的优化。这样，既保证了建筑产品质量，又提高了建筑企业的经济效益。

4　结构设计优化技术的实践应用中要注意的问题

结构设计优化技术的实践应用能够带来巨大的经济效益，但是要注意的是实践应用的过程中有很多的问题是不能够忽略的，作为设计人员和业主对于这些问题应该要投入一定的关注。

4.1前期的参与

前期方案的制定将会直接的关系到建筑的总投资问题，但是，当前房屋建设工程中存在的问题就是：结构设计优化技术并没有参与到前期方案的确定中，这种情况下，前期设计人员往往会忽略其方案的实际应用性和经济性，在最后的实践过程中得以证实的是结构设计优化技术根本就没有发挥到节约建造成本的目的。导致这个问题的主要原因就是缺乏前期的参与，因此一定要注意结构设计优化在方案制定时的前期参与。

4.2概念设计结合细部结构设计优化

概念设计与结合实际情况进行设计具有重要的区别。一般概念设计都是脱离实际数据的，不具有精确性，因此在进行计算时难免会出现较大的差异。在进行概念设计时，作为设计人员要充分的认识到数据的重要性，将相关的数值运用到设计中，作为辅助依据。在设计时，设计人员既要在宏观上把握结构整体的设计，与此同时在细节方面也要注意，做好细部结构的设计优化工作，保证细部工作的无误，从而保证整体的效果。比如：材料强度、抗拉能力等多方面细部因素的考虑能够在很大的程度上保证结构优化设计技术的实践应用。

5　结束语

综上所述，随着经济的发展带来的是生活质量的提高，人们对生活质量的要求也会越来越高，由于我国人口数量非常庞大，那么就需要我国的建筑物不仅保证最基本的安全性和功能性，而且在满足人们对新环境要求的基础上，一定要充分利用土地，充分节省建筑成本，传统的设计理念也需要进行优化革新，让新型建筑物符合新时代的发展。

TU318

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1673-0038（2015）30-0033-02

2015-7-9