浅谈结构设计中建筑结构的优化设计

杨为

摘要：现代社会不断发展大环境下，土地资源利用和规划制度不断完善，加上土地资源紧缺导致价格上涨，给建筑工程项目开发设计施工带来了多方面挑战。同时人们对建筑多方面设计要求越来越高，建筑产品质量、美观度以及舒适度等成为备受关注的要点。房屋结构设计需要保证建筑房屋安全性、实用性、美观性和经济性，还需要满足现代节能生态要求，建筑结构设计因此成为急需提升技术水平的重要工作。本文重点分析建筑结构优化方法技巧和要点，对其在房屋结构设计中的应用提出相关合理化建议，以供建筑设计工作者参考。

关键词：建筑结构设计;优化方法;房屋结构设计;应用

一、建筑结构设计优化的意义

（一）有利于工程造价控制。建筑工程结构设计优化中重点优化目标就是方案落实成本，也就是说可以通过对建筑结构方案进行具体分析，对不合理地方进行优化，有利于获得材料损耗更低、人工成本更合理的设计方案。尤其在建筑施工过程中，因为有科学设计方案作为指导，现场施工设备搭配、工艺流程结合将更科学。这都将便于全工程工程造价控制管理，可靠数据表明，我国相关行业中，进行了设计优化的工程总造价可以减少10%左右。

（二）有利于提升建筑综合性能。建筑结构设计优化过程会对建筑设计方案进行多元素分析，包括建筑施工难度、工艺先进性、后续建筑功能系统配置等都与设计方案息息相关。结合这些方面考虑，建筑结构会充分保证基础安全和质量，同时有利于建筑多种功能发挥。例如，当今建筑行业中至关重要的节能性指标当中，保温外墙、水循环系统、自然采光通风系统等，都需要通过建筑结构设计优化团队结合实际情况进行优化。这个过程能够弥补原有设计方案存在的缺陷和不足之处，全面提升建筑经济性、实用性和安全性。

二、建筑结构设计优化方法概述

一个建筑项目若想同时兼顾功能、质量和美观度，则需要将外观设计和结构设计有机结合起来，其中结构设计是建筑项目施工建设的基础，因此尤为重要。建筑结构设计优化主要内容包括建筑基础设计、顶盖系统、外墙系统等，设计优化过程中，要从建筑项目实际情况出发，以满足建筑功能需求为基础，缩小建筑质量中心与刚度差距，确保建筑结構承载方向均衡性。总体来说，建筑结构设计优化方法朱亚欧有以下几种：

（一）模型建设。模型建设主要从影响建筑设计方案水平的相关因素入手，对相关变量分析提取，利用计算机系统建立函数模型，再结合成熟数据模型系统，规划更优设计方案。建筑结构优化设计的模型建设需要以主要影响因素作为设计变量，次要影响因素作为预定参数，以此减小设计优化程序复杂程度。同时，需要将预定参数中建筑切面尺寸相关函数数据进行标识，以便支持造价单位做好总费用成本把控。

（二）计算方案优化。建筑结构优化设计主要是提升建筑建设方案可靠性，其中涉及到的变量和影响因素较多，且相关数据繁多且复杂。那么优化过程有必要将限制性问题转化为无限定性问题，进而采用Powell算法或拉氏乘子法等计算方法进行优化计算。

二、建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的应用分析

建筑结构优化设计在房屋结构设计中应用，是现代高水平建筑设计行业提出的新要求，其不仅能让房屋结构和整体品质达到更优状态，同时还能优化成本体系，提升造价管理水平，进而展现更优经济效益及社会效益。下面从建筑结构设计优化在房屋结构设计中的前期设计、抗震设计和设计改造等方面入手分析：

（一）房屋前期设计阶段。建筑项目前期设计关乎房屋整体投入和成本，目前在很多房屋建筑项目当中，前期设计过程中没有很好利用优化方法，使得结构设计缺乏科学性和实用性。甚至部分项目中，开始施工之后才发现不合理之处，导致施工进度被耽搁，造成相关经济损失。因此需要利用建筑设计优化方法，对前期结构设计方案进行审核优化，确保项目筹备阶段整体设计充分考虑到各方面因素，为项目后续造价管理、施工执行、建成应用打下坚实基础。

（二）抗震设计。房屋抗震设计主要需要考虑自然地震和内部建筑设备震动影响，各个地区房屋结构设计都需要充分考虑当地地质条件，且要达到当地最低抗震标准。同时，现代房屋功能性需求越来越丰富，各类设备产生的震动也容易影响建筑整体稳定性和居民舒适度。而抗震设计无数据参考情况下，实际计算结果往往与设计方案有一定差异，因此有必要利用结构优化设计中的概念设计方法。具体做法是充分调取和参考以往数据，结合结构优化设计方法，得出最佳设计数据和方案。在设计优化过程中，重视结构细节性设计，采用有利于提升抗震性能的细节设计技巧。例如，如果房屋结构中异形板在转角等位置容易发生形变破裂情况，则需要优化钢筋选用方案，在保证成本合理前提下，选用极限拉力较强的钢筋材料。

（三）房屋地基设计。地基作为整个房屋的基础，其在房屋结构设计中占据重要地位，因此建筑结构设计优化工作需要在这方面引起重视。随着现代建筑建造技术发展，建筑地基结构和类型都有所不同，其主要影响因素包括建筑规模和具体功能需求。房屋地基设计优化需要从实际情况出发，尤其要制定科学地质情况勘探方案，结合科学方法得出房屋地基所处地质条件准确信息数据。再结合相关数据，以优化造价管理水平为宗旨进行优化设计。例如，若地基结构方案采用地桩结构，那么需要科学测算其受力情况，考察不同地桩材料和形状，寻求最优设计和材料应用方案，上部结构和地基材料、地基结构设计充分结合，保证了房屋基础稳定和可靠。

（四）重视节能指标。现代建筑建造尤其重视其相关经济效益，特别是建筑节能性与建筑结构设计水平息息相关。因此，在房屋结构设计优化过程中，需要重点考虑结构和选用材料工艺符合节能性要求。例如，当前常见房屋结构设计类型主要包括框架结构、剪力墙结构以及二者结合结构，其中框架结构柱截面较大，容易影响建筑内部空间使用体验，剪力墙结构则具备较好抗震性能，且对材料类型和施工工艺要求较低;而剪力墙和框架结构设计方案结合的工艺则同时具备较好抗震性能和抗侧力效果。显然，三种方案都各有优缺点，因此设计优化工作重点就是根据实际情况和后期需求，灵活合理利用这些设计方案，保证房屋品质和经济效益。

四、结束语

总而言之，人们对所居住和工作的建筑房屋要求也在逐步提升，除了关注建筑质量、安全、功能性以外，人们也越来越关心建筑结构合理性、整体经济性以及审美设计水平。为了满足这一时代要求，建筑设计师有必要充分结合建筑结构和外观设计，为建筑质量、施工难度、视觉效果、生态节能等要素提供支持。只有这样，才能全面保障建筑综合品质，并推动建筑设计和建造行业水平不断提升。

（作者单位：中信建筑设计研究总院有限公司）