试述建筑结构设计优化技术

王桂英

摘要：当前我国城市化进程不断加快，建筑项目工程越来越多，施工难度越来越大，因此建筑结构设计人员必须尽职尽责，切实采取科学合理的设计方案，为建筑结构提供安全保障。本文笔者对建筑结构设计优化技术进行了分析探讨，希望对相关从业人员具有借鉴意义。

关键词：建筑，结构，设计，优化

一、建筑结构设计优化概述

1.优化数学模型的建设

数学模型在建筑结构优化设计的过程中有着非常重要的作用，在保证优化数学模型的科学合理的基础上，理由优化数学模型能够对原有的设计分析目的进行实现，从而对优化设计的结果进行保证。

2.建筑质量安全

建筑结构优化的一个主要目的是对房屋建筑结构的造价进行控制，另外，通过建筑结构优化设计能够对房屋建筑的基本功能和舒适度等方面的需求进行满足，使得建筑能够在美观度和质量等方面得到保证。在进行建筑结构设计优化的过程中，不能对建筑结构的质量和刚度中心等方面進行随意的更改，从而保证建筑在水平载荷的作用下来不会发生较大的变形。通常会利用对称的规则来进行建筑平面结构的设计，通过对竖直方向上承重构件的上下贯通来进行设计。

3.数学算法的选优

建立的优化数学模型不一定是最合适的，所以在应该多建立一些优化数学模型，从这些优化数学模型中进行选优，保证优化数学算法的科学合理。另外还需要对优化数学算法的选优，通过对优化数学算法的选优能够对建筑结构设计优化的效果进行保证。

二、房建筑结构设计优化方法之模型的建立

1.确立设计变量参数

在最终设计方案确定的过程中变量的选择有着重要的作用，在进行模型建立的过程中需要根据设计变量的参数进行选择，在选择的时候主要根据参数是否对总体结构产生较大的影响，是否产生较大的变化幅度，尽量选择一些考虑因素较少的参数，这样能够对结构设计优化过程中计算的难度进行降低。

2.确定相关目标函数

在目标函数确定的过程中，需要根据重要性来对各项参数进行属性的划分，通过对一些影响不大的参数的选择，能够对函数模型的计算量进行调节控制。确定目标函数之后就需要根据相应的条件来对最优解进行计算和分析，根据房屋建筑在结构的应力、结构强度和裂缝宽度等方面的约束条件进行设计的优化，确保结构的合理性。

3.衡量条件

正是因为结构设计优化方法中的变量和约束条件较多，所以导致了存在较大的可变性。在约束条件方面，主要包括房屋建筑的受力限度、架构稳定性和尺寸等方面的约束条件。设计优化的过程中需要对施工和目标确定两个方面的约束条件进行比较和分析，保证约束条件的合理性，保证设计优化的效果。在设计优化的时候应该尽量降低优化难度，可以利用约束条件的相互转化来进行更加方便的计算，可以根据情况来进行计算方法的选择，加上对计算机软硬件的应用，能够更加科学有效地进行设计优化。

三、建筑结构优化设计方法的应用

研究建筑结构优化设计具有一定的实践意义，在建筑结构优化设计的过程中在保证试用性能的基础上来对工程造价进行控制那个会。在建筑项目的整体设计和前期设计中结构设计优化有着广泛的应用，另外在抗震设计和旧房改造等方面也有着一定的应用，能够充分的保证工程项目的经济效益。

1.加强对前期参与的重视

建筑工程项目的前期方案对整个建筑项目的经济效益有着很大的影响，我国不少地方在进行前期方案结构结构设计中不会进行优化设计，不能很好地对建筑结构的合理性和可行性进行关注，这些建筑设计会对结构设计产生或多或少的影响，这就会增加结构设计的难度，不能很好地对建筑项目的经济效益进行保证。对此应该在建筑设计方案的初期加强对结构优化设计的参与，保证能够针对不同的建筑类型来合理地进行建筑结构形式的选择，通过对设计方案的合理性的控制来影响建筑工程项目的发展。

2.下部地基基础结构设计优化

地基基础在进行结构设计优化的时候应该先对合适的方案进行确定，比如地基基础为桩基础的情况下，需要根据施工地点土质条件等方面的因素来对桩基础的类型进行选择，从而能够对施工成本进行控制。灌注桩桩长容易受到地基桩端持力层的影响，对此要确保下部地基基础结构设计方案的合理性。

3.满足结构设计中的多种性能

对于高层建筑结构设计而言，必须要满足高层建筑不同的使用要求，同时还要做到在满足不同性能要求的基础之上做出科学的、合理的结构设计，确保高层建筑结构能够在后期的施工和使用过程中实现安全标准，保障建筑结构可以在较长一段时间内得到安全使用，具体的相关性能指标内容包含以下几个方面：其一，重视建筑结构的延性设计，主要在针对建筑结构可能发生倒塌或者是变形的情况而言，特别是对于高层建筑在面临地震等自然灾害的情况下尤其是需要注重建筑设计的延性性能，必须在设计的过程中表现出建筑结构的柔和度。其二，高层建筑结构的水平力也是一项非常重要的因素，高层建筑结构在某一平面的水平方向会受到各种荷载的作用，例如风荷载、地震荷载等，或者荷载之间的组合作用，会导致高层建筑在水平方向发生较大的位移，因此在设计的过程中必须对其进行合理的控制。其三，高层建筑结构设计的稳定性也是一项非常重要的性能指标，要想满足结构的整体稳定性需要注意的地方还是蛮多的，例如最为典型的包括短肢剪力墙设置的控制。

四、建筑结构优化设计方法的重要意义

1.保证结构功能性

在工程项目中，通过结构优化设计能够对工程的受力性能、结构造型和结构材料等方面进行优化，通过对方形、圆形、椭圆形等结构进行方面平面的设计，能够对结构的受力情况进行优化。通过结构功能的优化，不但能够增加建筑物的美观性和实用性，而且具有经济性和安全性。

2.控制造价

通过对建筑工程造价的控制才能更好地对企业的经济效益进行保证，通过结构优化设计能够对20%～30%的工程造价的节省，能够显著的增加建筑的经济效益。当前我国城市化发展的过程中涌出了越来越多的高层建筑，高层建筑建设的过程中会因为层数的增加而更需要对建筑结构进行优化，通过对高层建筑的结构优化设计不但能够保证高层建筑在结构强度和稳定性等方面的要求，而且能够有效地降低施工建设成本。通过结构优化设计能够根据建筑及其结构的实际情况来进行改进，使得结构能够和建筑相得益彰，保证建筑的各项基础性能，增加建筑结构的力学性能，对建筑的抗震性进行保证，能够在一定程度上减少装修和基础等方面上的材料消耗，节约成本。

五、建筑结构优化设计方法的注意事项

不同的房屋建筑工程具有不同的结构形式，所以应该加强对建筑结构类型的选择，通常房屋建筑的主要结构类型有框架结构、短肢剪力墙结构以及框架一剪力墙结构三种，这三种结构形式分别具有自身的特点和优缺点，所以应该根据房屋建筑的形势和工程单位的经济能力等方面来对建筑的结构形式进行选择，在保证建筑工程质量的基础上来对投资和收益进行平衡处理，从而实现工程利益的最大化。确定建筑结构之后，仍然需要进行建筑结构优化设计，从而更好地保证建筑结构和建筑工程项目的适应，更好地实现建筑单位的经济效益。

六、结语

在建筑结构优化设计时需要对建筑结构体系的承载能力、抗震性能、稳定性和内力传递等方面进行全面深入的了解，从而能够更好地保证建筑结构的经济性、安全性和合理性，能够对建筑的美观性和舒适度进行调节，提高房屋建筑在各个方面的质量。