浅论建筑结构的优化设计

王继收

摘 要：建筑结构优化设计在房地产的成本精细化管理中占据着十分重要的作用，经过对建筑结构的优化设计，不仅可以有效的提高建筑物地安全度，且还可有效的降低工程的造价，使建筑产品具有更高的性价比，还能有效的实现投资效益的最大化。因此，加强对建筑结构的优化设计刻不容缓。

关键词：建筑工程、工程结构、优化设计、设计阶段

前言：随着城市化进程的不断加快，高层建筑得到了迅猛的增长，建筑物的商品化形势也是逐渐加快。为实现利润的最大化，必须要做好相关的结构设计及规划工作。本文主要对建筑结构的优化设计进行分，为结构设计者进行结构优化设计提供参考。

一、案例工程概况

AB本工程位于M省R市，业主要求建一幢28层（地上27层，地下1层）的高层建筑，总建筑高度82.6m，根据《建筑抗震设计规范》（以下简称《抗规》）GB50011-2010中表6.1.2，抗震墙结构高度小于80m时，抗震等级为四级，大于80m时，抗震等级为三级，最后经过沟通，确定为27层的设计方案，其中地上26层，地下1层。总建筑面积达到10138.19m2，高度达79.60m。

二、建筑结构優化设计的原则

建筑结构设计不仅包括建筑结构的本身，还包含了建筑的经济效益及居住舒适度、建筑空间的使用率等。因此，建筑结构设计需要按照一定基本原则。

1、使不规则建筑平面布置产生规则结构效应的原则

在建筑结构优化设计中，需要按照不同的功能要求，经过对调节墙柱布局及墙肢长短，使得建筑结构达到经济结构及安全使用的目的。

2、提高建筑居住的舒适度原则

建筑居住的舒适度是建筑结构优化设计的出发点和落脚点。为提高建筑居住舒适度应该从建筑结构、装饰装修、电气安装等各方面进行整体优化设计。

3、保证建筑结构整体安全度的原则

建筑结构的安全性主要体现在建筑的抗震设计，其标准已在我国的《建筑抗震设计规范》被提出。因此需要保证结构设计涉及到的每个部件承载能力的可靠性，最终到达建筑结构安全经济耐久的目标。

4、降低建筑结构造价的原则

在建筑结构工程的施工中，必须要对工程结构进行优化，保证建筑结构整体性能达到指标的前提下，尽可能的降低建筑的经济成本，进而有效的促使企业获取更大的经济效益。

三、建筑结构设计方案优化的主要内容

1、房屋结构周期性折减系数

对建筑物的框架结构和顶盖等结构的设计中，计算周期一般会比实际周期大，因为在施工时，由于填充墙体的存在会导致结构的实际表现刚度大于设计刚度。所以，一旦计算出建筑物的结构剪力偏小，会导致建筑物的部分，结构安全性能降低，这时候就需要对建筑物的结构进行适当的周期性折减计算。

2、建筑物耐久性设计

在很多混凝土的结构设计中都没有全面、综合地考虑到建筑物的耐久性，从而导致有许多建筑设计都未能达到当初的设计目标。当建筑物的设计者遇到建筑物的其他使用功能，要求或是施工技术指标上升为设计建筑物的主要矛盾时，设计师就要放弃建筑物对经济的单纯追求，这时候往往需要根据建筑物设计所需要解决的重要性问题，挑选出适合的目标来进行优化，才能达到满意的优化建筑结构设计方案的效果及目的。

四、建筑结构的优化设计措施

1、从建筑上分析结构设计优化方法

它主要体现在房屋工程分部结构的优化设计和房屋工程结构总体的优化设计量方面。房屋工程分部结构优化设计包括：基础结构方案的优化设计、屋盖系统方案的优化设计、围护结构方案的优化设计和结构细部设计的优化设计。对以上几个方面的优化设计还包括选型、布置、受力分析、造价分析等内容，在实施过程中，还应该按照一切从实际出发的原则，结合具体工程的实际情况，围绕房屋建筑的综合经济效益的目标进行结构优化设计。进行结构设计时，应在满足设计意图后，尽量使平面布置规则，缩小刚度和质量中心的差异，这样水平荷载就不会使建筑物有太大的扭转作用。竖直方向上应避开使用转换层，减少应力集中现象。

2、结构优化设计模型

结构设计优化就是在各种影响变量中选择主要参数，并建立函数模型，运用科学合理的方法得出最优解。结构总体的优化建立模型的大致步骤如下：一是设计变量的合理选择。通常的设计变量选择对设计要求影响较大的参数，将所涉及的参数按照各自的重要性区分，将对变化影响不大的参数定为预定参数，通过这种方法可减少很多计算编程的工作量。目标函数的确定。使用函数找出满足既定条件的最优解。最后，约束条件的确定。房屋结构可靠度优化设计的约束条件，包括了应力约束、裂缝宽度约束、结构强度约束、尺寸约束、从正常时的极限状态下弹性约束到终极状态的弹塑性约束、从可靠指标约束到确定性约束条件等。设计中，要保证各约束条件必须符合现行规范的要求。

3、结构优化计算方案

结构设计优化设计多个变量、多个约束条件，属于一个非线性的优化问题，设定计算方案时，常将有约束条件转变为无约束条件来计算。常用的方法有拉氏乘子法、符合型法、Powell等。完成计算方案的设定后只需编制相应适用的运算程序即可得到我们的最终优化结果。

4、将概念设计和细部结构设计进行优化

所谓概念设计实际上也就是指一些没有具体的数值来进行量化的指标，包括地震作用以及其本身的不确定性等。因此在进行设计计算的时候难免会和现实产生较大的差别，正是在这样的背景下我们才需要在对这样一种指标进行设计和确定时选择使用概念设计的方法，将数值仅仅只是作为辅助或者是参考的依据来进行。在这样一种设计的过程当中更为强调的就是设计人员本身的灵活性以及应用结构设计优化方法的能力，这样良好的结合才能够真正实现效果上的最优化。因为细节是构成整体的单位，所以对各种设计细节的严格管理，也就可以实现整体的功能的有效发挥。因此，在建筑结构设计的实践过程中，应该重视对建筑细节的处理。设计人员在注重整体设计的同时，还要加强对结构基本构件的精细设计。如尽量划分矩形板块的现浇板设计，增强现浇板的受力性能和避免出现拐角裂缝。

5、结构设计的抗震性

构件的竖向和平而布置是该房屋结构设计的关键环节，很大程度上影响了房屋的抗震性能。在布局方面，要力求简洁和规则。另外，质量和刚度的中心接近重合是房屋结构的另一原则，从而有效的提升房屋结构的抗震性能。错落的竖向结构设计和头重脚轻是房屋结构竖向布局的大忌，因此，要适当调整房屋结构的中心，使其趋于最低。在竖向强度和刚度方面，要注意保证其均匀性，尤其要严格控制凸出屋而的部分，避免地震时因为凸出屋而的建筑物部分过高而发生的鞭梢效应。设计人员在对结构进行设计时，要尽可能的按照抗震性能要求进行，减少使用极其不规则的设计方案。

结束语：

建筑结构设计对建筑工程的整体施工有着很大的影响，将直接关系到施工可行性及使用稳定性。为保证我国建筑行业的发展，需要不断的提升建筑结构的设计水平，设计人员需要不断的创新，在技术理念方面不断的学习，并总结之前的工程经验，为我国建筑工程行业作出一定的贡献。

参考文献：

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