简论建筑结构设计优化技术方法的应用

王洪伟

【摘 要】 建筑在我国拥有着悠久的历史和博大的内涵，但是随着时代的发展，对待建筑的视角与眼光应该放的更加长远，且应该进行结构的优化。我国的国土面积广、民族多、人口多，但是由于时间的沉淀，我国的建筑已经渐渐有了模式化的倾向与趋势，而我国的这些特点又为建筑的优化提供了一个潜在的广阔的市场。

【关键词】 建筑结构 优化设计 技术

建筑是凝固的艺术，建筑师总是希望通过建筑物表达自己的设计意图，力求艺术性和实用性的完美结合。结构师在保证安全性的前提下，当然应该敢于挑战新的结构形式，使建筑师的意图得以实现。在建筑结构设计的过程中，在基本满足建筑师设计意图的基础上，平面布置应尽量规则，对称，尽量缩小质量中心和刚度中心的差异；使建筑物在水平荷载作用下不致产生太大的扭转效应。竖向布置上，在满足功能要求的前提下，尽量使竖向承重构件上下贯通；能不使用转换层的就应避免使用，以减小结构分析和设计上的困难，另外也不经济，还容易造成应力集中；竖向刚度最好不要突变，而要渐变，否则突变处在水平荷载作用下会出现严重的应力集中现象，这对结构抵抗水平动力荷载是十分不利的。

一、 建筑结构设计优化方法的应用

1、结构设计优化方法的应用。结构设计优化方法和技术的应用具体体现在房屋工程结构总体的优化设计和房屋工程分部结构的优化设计两方面。其中房屋工程分部结构的优化设计包括：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含选型、布置、受力分析、造价分析等内容，并应在满足设计规范和使用要求的前提下，结合具体工程的实际情况，围绕其综合经济效益的目标进行结构优化设计。

2、结构设计优化方法的实践价值。笔者认为，在满足建筑结构长远效益的前提下，应尽量减少建筑结构的近期投资并提高建筑结构的可靠度和合理性。与传统设计相比，采用设计优化技术可以使建筑工程造价降低5%～30%。优化技术的实现，可以最合理的利用材料的性能，使建筑结构内部各单元得到最好的协调，并具有建筑规范所规定的安全度。同时，它还可为建筑整体性方案设计进行合理的决策，优化技术是实现建筑设计的“适用、安全和经济”目标的有效途径。

二、建筑结构优化设计技术中存在的一些问题与不足

1、优化设计创新不彻底

结构优化设计是上世纪六十年代以后出现的一种设计方法，结构优化设计的任务，就是以数学规划为基础，运用计算机技术，从众多的可行设计中，选出相对最优秀的设计方案。它的出现，使工程结构设计由以往被动的安全校核转化为积极主动的选优设计，更进一步的实现了设计的最终目标——安全。但是就目前情况而言，事态并没有预想的发展的那么顺利，在经历了几十年的发展之后，现阶段的建筑结构优化设计技术在优化设计创新方面并不是很彻底，部分原因是一些人还在坚持旧有的设计模式，认为优化设计在众多的设计方案中选择最优的一种是一种‘浪费，时间、精、方案的浪费。还有部分原因是一些设计人员的思维模式在经历了众多的设计方案之后变得有些僵化，有些模式化，对创新失去了一定的敏感度。

2、优化设计技术人员素养跟不上

建筑结构优化设计技术人员是建筑结构优化设计的主体与主导，在优化设计行为中占据着关键作用，建筑结构为人所设计，建筑结构优化的具体实施也为人所运作，其更是为人所服务，建筑本身只是一个存在物，其设计与实施都与人脱不了干系。但是就目前情况而言，人员方面仍然还存在着一些问题，除了上述的创新意识不够之外，最大的问题就是技术人员的素养问题，包括工作素养与生活素养及个人素养等等，工作素养表面上看似与个人的素养与态度没有多少关系，其实其中蕴含的关系是相互联系、相互作用的。现今很多人说选择了一个职业其实是选择了一种生活方式，若是对工作不满意，难免会敷衍过关。

3、片面强调节约投资从而降低了技术和质量标准

建筑结构优化设计具有经济性，其经济性是市场经济条件下对资源配置提出的新要求。经济性是指通过建筑结构的优化设计，最大化的节约各种材料资源，达到减少建设成本的目标。另外，各种材料资源都存在一定的稀缺特性，建筑结构的优化设计能科学合理的减少材料的使用量，节省建设材料使用成本。在这结构优化倡导中，难免会有些人乘此机会做出另一种形式的‘优化设计，很多建筑企业的设计理念本就是以节约为本，在此背景下，不难想象会出现片面强调节约投资，从而降低技术和质量标准的现象。

三、结构设计优化技术在建筑结构设计中的应用

1、直觉优化（概念设计优化）技术与建筑结构设计。对于同一建筑方案，可以有许多不同的结构布置设计；确定了结构布置的建筑物，即使在同种荷载情况下也存在不同的分析方法；分析过程中设计参数、材料、荷载的取值也不是惟一的：建筑物细部的处理更是不尽相同，这些问题是计算机无法完全解决的，都需要设计人员自己作出判断。而判断只能在结构设计的一般规律指导下，根据工程实践经验进行，这便是前面所说的概念设计。因此，概念设计存在于设计师对多种备选方案进行选择的过程中。

2、概念设计处理的实际建筑设计问题。概念设计所要处理的问题多种多样。但可以肯定的是希望通过概念设计，建筑结构能在各种不期而遇的外部作用下不受破坏，或将破坏程度降至最低。因此，分析如何应付建筑物可能遭遇的各种不确定因素成为概念设计的重要内容。其中，地震作用最为难以琢磨，破坏性也最大。故而，建筑设计过程中就应该未雨绸缪，从计算及构造等各个方面都要采取一些有助于提高抗震能力的措施，不利于抗震的作法则应尽量避免。刚度均匀、对称是减小地震在结构中产生不利影响的重要手段；延性设计则能有效地防止结构在地震作用下发生脆性破坏；多道设防思想能使建筑在特大地震作用下次要的构件先破坏，消耗一部分地震能量。这些抗震设防思想在整个設计过程中都应该作为概念设计的重要指导思想。