建筑结构优化设计要点分析

建筑结构优化设计要点分析

万思捷

柳州电力勘察设计有限公司

摘要：当前，随着城市化进程进一步加快，人们越来越注重生活的品质，对于房屋建筑结构设计工作有了更高的要求。而建筑结构设计是保证主体结构稳定、安全的基础条件，做好结构设计优化能提高建筑物的外观质量、功能价值与安全性，优化设计应正确理解并运用好相关规范要求，充分了解建筑物特点，选择最优方案，选择合适的措施对各环节进行优化，把建筑结构优化落在实处细处，打造精品建筑工程。本文在此从结构优化设计的内涵出发，对建筑结构优化设计的几个重要的实践应用做了一定的分析。

关键词：建筑结构；剪力墙；地下室；优化技术

前言：建筑结构优化设计，是实现建筑本体功能与建筑投资成本的关键手段。优化设计过程中应确定合理的目标，采用科学的控制方法，各个方面达到最佳结合，降低工程的总造价，这不仅符合现今建筑商对于建筑结构效益的追求，也是市场可持续发展的需求，更是适应绿色环保的要求。

1 建筑结构优化设计概述

建筑结构设计优化主要是指结构工程师要满足人们对居住环境的改善与调整性，具体要求进行的房屋结构更趋于人性化、舒适化的整个过程。在新的居住理念不断变化的前提下，结构设计人员要引进先进的结构设计理念以及方法，使现代建筑结构更加科学合理，更具备舒适性、人性化的功能，同时要满足人们对良好的工程质量的具体要求，从结构设计上来说，就要对结构整体进行优化处理。

建筑结构优化设计不仅能够在资源上节约成本的支出，还能够实现在资源的有限条件下使建筑的质量功能水平最优化，能够提高空间的利用率，发挥资源的最大功效，建筑的高质量包括建筑的环境以及使用功能，结构设计优化符合一定的经济发展原理，对资金，土地资源空间，建筑质量与水平都能做到合理的优化，建筑结构优化对于建筑行业的发展以及未来的经济可持续发展都有着很重要的作用。

2 建筑结构优化设计的内涵

　建筑结构设计的优化是通过整体建筑的要求决定的，首先要了解整体建筑的设计理念，这样才能够进一步的确定建筑的整体结构，才能开展建筑设计的优化工作，确保在有限的空间及资金条件下，优化建筑水平，建筑结构设计也有着自身的特点，要考虑建筑结构的整体性，把握好建筑的一般结构类型，了解建筑结构的特点，这样才能够在进行建筑结构设计的时候充分考虑到各种条件方面的优化，还要根据建筑的整体结构，还有建筑结构的特点来设计合适的结构类型，确定具体的结构配置，以及所需资源的构件，对各种建筑结构进行设计优化时，还要考虑整体建筑的布局类型，实现科学技术与建筑艺术性设计的结合，通过对建筑结构的进行优化来找出最好的建设方案进行建筑设计。

3 建筑结构优化设计的几个重要的实践应用

3.1 优化设计结构模型

要认真计算结构模型当中的每一项数据，从中获取合理性参数，将参数作为着眼点，确保结构模型数据足够准确、足够真实，更好地应对建筑设计、建筑结构要求。该过程所得到的数据对于房屋模型、房屋建筑的设计优化意义突出，是基础性工作。数据准确与否关系到模型是否合理、是否科学，要重点把握设计效率、结构质量。当然模型函数的选择同样意义突出。在成本、结构稳定性设计过程中，要把握结构联系、数据联系，体现前后逻辑性特征，最优化处理结构模型、结构需要。

3.2 结构计算优化

　　在结构优化设计计算方案的确定上，考虑到建筑结构的复杂性带来的变量多、约束条件多且非线性，因此在计算过程中，一般的做法是先将有约束的优化问题转化为无约束条件再进行求解，可选用的计算方有拉式乘子法、复合形法等。结构选型、尺寸和参数设计完成后，在计算方案的基础上设计优化程序。并在得到计算结果后，对结构进行综合分析，最后确定最合理的结构优化设计方案。

3.3 整体布局

为实现这些目标，建筑结构决策者与设计者须从结构优化设计的全局观念出发，利用结构设计中的点、线、面，确定建筑结构设计的总体布局，处理好点、线、面之间的架构关系，借助于材料的选用、构件的布置，充分发挥单个构件与整体结构的配合与协调，使之能实现最佳受力状况，既实现整体结构良好的承重力、刚性与延展性，也实现单个构件的最大化与最佳化利用，保证达到建筑设计的国家质量标准，实现建筑功能性、安全性与经济性的多重目标。

3.4 剪力墙优化

　　剪力墙设计中连梁的设计是关键。联肢墙是通过连梁连接的各墙肢联结而成，从而增加了墙肢的约束条件。连梁的增大必将使得结构的地震作用也增大，这样连梁和墙肢分配内力也相应增大，此时必须增大构件的配筋量，显然这一设计结果必然会造成材料的浪费。因此，在住宅结构设计时，有经验的设计师都不会采用大刚度的窗下墙作为连梁，而宣将连梁设计成为截面、刚度较小的弱连梁。同时，在满足结构刚度与变形要求时，应从经济角度与抗力、变形方面综合考虑，合理布置抗侧力构件。显然，剪力墙数量越多，结构抗侧力刚度愈大，相应结构位移会减小，但是结构地震力会随抗侧力刚度增大而加大，对结构的造价控制不利。因此剪力墙应以周边均匀、对称、分散等原则合理布置，以规范规定的水平位移限值为准尽可能减少剪力墙数量。

3.5 地下室结构优化

　　 地下室也是某些建筑物不可或缺的一部分，对地下室的结构进行优化，有助于提升空间的利用价值。由于地下室的隔墙比较少，因此在设计过程中基础形式常采用筏板式。在利用计算机对这一部分进行设计时，应该同时输入地下室的层数和上部结构，这样可以一次性计算出地基以及基础底板的竖向荷载。同时可以利用现有的数据对层间侧移刚度比进行分析，通过分析比较的结果，可以正确地判断、调整房屋的具体嵌固位置，并且采取相应的措施来提高建筑结构的抗震能力。如果在建筑结构的整体计算过程中，输入的地下室层数比实际的层数要少，会导致在发生地震灾害时底层的柱底部位因为抗震能力降低而受到破坏。

3.6 结构抗震优化设计

　　应结合建筑工程等级，在保证结构整体合理的基础上，尽可能多的设置抗震防线，对于抗震结构体系说来，其由若干个延性良好的分体系组成，并与延性优良的结构构件来连接进行协调工作。基于地震余震特点，在对建筑抗震结构进行优化设计时，还应保证抗震结构体系由最大可能数量内部、外部冗余度，并建立一系列分布屈服区，并保证主要构件具有较高的延性与刚度，提高对地震作用力的吸收与消耗效果，增强建筑结构整体抗震性能。其中，要注意结构抗震设计时，在提高某部分结构设计强度时，会削弱其他环节的抗震性能，因此需要控制好结构各环节的抗震性能分配设计。另外，还可以对建筑结构性能进行优化，即以实际需求为基础，有针对性的对整个结构、结构局部部位、结构关键部位以及重要构件等进行目标性优化，达到提高建筑结构抗震性能目的。

3.7 节能环保优化

在建筑结构优化中应综合考虑各种资源的影响，已节能环保为目的降低建筑耗能。在建筑结构设计中合理开发土地，合理布置设计地下地上建筑结构布局，发挥土地的价值，采用新材型料，新技术减少建筑的耗能增加建筑构件的利用率，达到对建筑结构的优化设计。水资源利用上减低废水雨水的收集和再次利用，废水的净化，设置循环水等利用方式。结构设计中合理采用先进的节水工艺利用排水沟、集水池等措施收集雨污水达到对水资源的再次利用。结构设计中对施工现场的绿化，喷洒路面，现场的搅拌用水，养护用水，车辆进出场冲洗等用水设施结构采用现场收集的雨水。

4 结语

综上，结构设计优化要贯穿于整个设计过程，科学的结构设计优化，不仅能够降低工程预算，还能保证建筑物安全、经济、适用、美观。优化设计过程中应结合建筑工程的实际情况，

做好整体布局，优化剪力墙及地下室结构设计，不断提升整体设计效果，完善建筑结构优化设计的合理性。

参考文献：

[1]何飞平.浅析建筑工程中建筑结构优化设计[J].知识经济，2011（11）:35

[2]肖伟. 通过结构优化设计提高房屋抗震性能. 福建建筑. 2008（11）