建筑结构设计优化设计新方法探析

建筑结构设计优化设计新方法探析
1 建筑结构设计优化的必要性
在房屋结构设计过程中，使用合理的优化设计方案，不仅能够提升建筑物的使用价值，还可以同时实现建筑物的经济价值和环保价值。

在优化设计方案中，节省建筑单位的资金投入，降低建设成本。

建筑优化设计与传统的建筑设计相比，能够为企业带来更好的经济效益、为用户提供更好的使用体验。

通过优化配置建筑施工过程中的各种资源，如建筑材料、结构布局，实现结构布局的有效结合，共同发挥更优作用，建筑物的面积随着建筑物层数的增加而增加，而要想保证建筑物的良好设计效果、稳定性和可靠性，建筑物的单位面积造价也会随之升高。

通过建筑结构优化设计，便可以在这些因素之间找到协调点，实现最佳的方案设计。

2 建筑结构设计优化方法需遵循的原则
2.1 舒适性原则
建筑房屋本来就是人们的生活和居住的重要场所，其最终的目的就是满足用户的各种需要。

因此在房屋结构设计中应用建筑结构优化方法，应遵循舒适性的原则。

将用户的需求放在房屋设计的第一位，广泛的收集和总结各种用户对房屋设计的不同的功能需求，尽可能提高房屋建筑的服务功能。

比如采用大开间的剪力墙结构设置，以方便用户日后对房屋进行分隔和改造。

2.2 经济性原则
房屋结构设计要根据建设场地和用户的需求，确定房屋的层数、房屋设计的外观形状以及内部结构构造，并在满足安全性和舒适性的前提下，
采用最佳的结构体系设计方案，严格规范房屋设计的相关标准，最大程度的降低材料损失，提高资源的利用率，以实现节约成本的目的。

2.3 绿色环保性原则
现代社会追求经济建设与环境保护的和谐统一，在工程建设中引入了绿色建筑理念，并以绿色环保性原则作为各个行业生产发展的重要约束和规范条件。

因此，在房屋结构设计中应用建筑结构设计优化方法，应始终遵循绿色环保的原则，选择环保型设计和建设材料，将保护环境纳入房屋结构设计方案中，提高设计人员的环保意识，突出环保设计的重点，最终实现房屋结构设计的绿色环保目标，以促进房屋结构设计的可持续发展。

3 建筑结构设计优化方法的应用
3.1 截面优化方法
建筑物结构的细节是最能体现其整体可靠性和安全性能的部分，在处理建筑物截面时，设计人员必须考虑到截面结构的安全性和可靠性，对建筑物的截面进行科学计算，提升其稳定性和美观度。

对于建筑物截面的优化设计，设计人员可以利用有限元方法来计算设计变量的应力特点和结构位移情况，并通过信息化的设备验算和统计所获得的设计数据，再依据所得的结果判断需要调整的范围，并对该范围内的区域进行优化设计。

3.2 建筑物下部地基基础结构的优化设计
在对建筑物的下部地基基础结构进行优化设计时，设计人员必须选择最为合适的方案。

例如，以实际施工情况为基础选择对应的桩基类型，尽量降低工程造价，再根据桩端持力层的厚度对灌注桩的长度进行科学选择，并对集中优化设计方案进行对比，进一步筛选出最优的设计方案。

例如，某建筑物结构的原设计使用的是桩筏基础，相对该结构设计进行优化，将
桩筏基础改为桩基础，设置两桩承台、三桩承台、四桩承台和梁式承台。

在这部分优化中，考虑的是基础传力的传递路径最短则越省材料，但是前提保证是总沉降值和不均匀沉降值。

桩筏基础较桩基础而言增加了一块整体的筏板，将整体受力转变为局部受力，增加了传递的途径，但是也增加了材料的使用，虽然浪费了材料，但对控制不均匀沉降具有一定作用。

根据实际情况而言，若要同时满足总沉降、不均匀沉降以及地基承载力的要求，使用天然基础的经济型要比桩基础更高，而且施工更为简便，所需时间也相对较少，费用也较为便宜，不失为一个较好的选择。

3.3 结构拓扑优化
结构拓扑优化的变量为杆系结构的节点布局、节点之间的杆件连接关系，以及连续体开孔数量和位置。

结构拓扑选型直接关系到结构的设计性能。

尤其是在复杂结构的选型中，结构拓扑优化从定义上来说就比形状和尺寸优化更有价值。

结构拓扑优化是一种概念设计。

其宗旨是将以前寻求结构的最优拓扑问题的思想更改过来，变成在给定的设计领域内寻求材料的最优分布问题。

结构拓扑优化包括离散拓扑优化和连续体结构的拓扑优化。

离散结构拓扑优化是在设计空间内建立一个由有限个梁单元组成的基结构，连续体拓扑优化是把优化空间的材料离散成有限个单元（壳单元或者体单元），然后根据算法确定设计空间内单元的去留，保留下来的单元即构成最终的拓扑方案，从而实现拓扑优化。

3.4 剪力墙结构的优化设计
剪力墙结构在设计方案布置的过程中，要使剪力墙结构重心和建筑平面的形心相互重合，来避免建筑结构的刚度在平面上面分布不均。

剪力墙的墙体要与建筑的隔墙相互重合，在剪力墙保证结构安全稳定性的前提下，
增大建筑空间利用率，提高建筑工程使用的舒适度。

还要尽量使剪力墙墙体的长度符合要求，进而保证剪力墙墙体安全稳定，要尽量减少剪力墙墙肢数量，降低建筑工程施工建设的难度，还要尽量节约施工材料的使用。

剪力墙结构一般是从上到下进行连续设置，剪力墙不能出现重叠、悬空、错位等问题。

剪力墙结构上部构造的配筋墙体要考虑到尽量缩减墙体厚度，进而降低剪力墙配筋率，使得剪力墙结构更加经济适用。

3.5 框架结构的优化设计
框架结构在设计结构方案的过程中要结合结构计算，来保证柱网与柱距的合理性，进而保证框架结构的安全性与经济性。

在框架结构整体的平面布局上面要降低建筑工程中部的刚度，使建筑工程两侧的刚度大大增强，进而避免扭转太大，整个建筑工程的抗震性得以增强。

框架结构的柱与的截面一定要适当，不然的话容易浪费材料，截面过大的话不仅仅影响到美观，也会影响到空间使用。

梁与柱的中线要尽量重合，如果梁柱中线的距离过大，可以考虑梁加腋。

楼梯间的四角要设置框柱，进而增强框架结构抗倒塌的能力。

4 结语
综上所述，随着我国经济水平的不断提高，建筑结构的优化设计日益重要。

建筑结构的优化设计方法是一种基于安全考虑为前提的实用方法。

在对经济性和美观的共同方向中把握契机，从而实现高质量且具有艺术性的房屋建筑，并且降低了建造成本。

因此，当前的建筑结构优化设计需要不断在优化方式上加大研究力度，力求不断创新出更加实用的建筑结构设计方法。