优化建筑结构设计的措施

优化建筑结构设计的措施

作者：姜振海梁胜利

来源：《装饰装修天地》2018年第07期

摘要：从建筑结构设计的角度来说，通过合理的结构设计优化不仅可以促进建筑物造型、外观以及功能的提升，同时还能有效提高结构的受力性能，节省施工材料的同时，降低施工的成本。在进行建筑物结构设计的同时需要采取适当的策略对结构进行优化设计，在保证建筑物功能的基础上，保证建筑物的各项性能和指标都达到设计要求，同时提高建筑物的稳定性和安全性。文章重点就优化建筑结构设计的措施展开详细的分析，希望可以提高建筑结构的设计质量。

关键词：建筑结构；优化设计；措施

1 引言

实用性与安全性是建筑结构设计的基础，而随着建筑技术的发展，现代建筑结构设计中不仅需要考虑房屋的安全性与实用性，还需要考虑房屋的美观性与经济性，同时还要兼顾施工的便利性，能够按期的保质保量的将蓝图变成实物。因此，在结构设计过程中，必须对建筑结构设计进行优化，从而实现以上要求。

2 建筑结构设计优化的概述

建筑结构设计优化，就是通过科学的计算方法和优化措施，对实际工程中的建筑结构进行全面的研究，使建筑的总体结构以及建筑各个分部衔接得到完善以及优化。通过对建筑结构进行优化设计，优化后的结构不仅能够提高结构的安全性，同时能够把社会中所具有的价值学以及审美学完美的结合起来，从而提高结构设计的水平，促进建筑设计应用的整体性协调发展。建筑结构设计优化的主要目的是使建筑的设计方案更加科学合理，在满足安全和抗震的前提下，提升房屋的实用性、经济性、美观性。

3 建筑结构设计优化的要求

3.1 安全性要求

对于建筑物结构来说，其最为基本的要求就是安全，只有保证建筑物的安全是结构设计的主要目的和基本要求。根据我国的《建筑抗震设计规范》中的要求，结构设计当中的抗震基本要求是“小震不坏，中震可修，大震不倒”，对于结构的设计来说是非常重要的准则。在进行结构设计优化时需要对建筑的整体以及其中的每一个构件都进行有效考虑和分析，促使每一个构件的受力都是可靠的，进而有效保证整个建筑物结构体系的安全性。

3.2 经济性要求

在进行建筑结构设计时，有效保证建筑结构的安全性是最为基本的，同时经济性也是非常重要的一个指标，因此，在进行优化设计的时候需要针对结构设计的经济性进行充分考虑。结构设计的经济考虑从建筑发展历史中就可以发现，从最为原始的石材到水泥的使用，再到当前的钢结构的使用，都是为了在提高建筑的经济效益的同时，对结构进行进一步有效优化，达到自重轻、受力合理、造价低。例如工字梁的产生也是其中非常重要的优化措施，在保证结构稳定性的同时，节省了大量的材料。

3.3 功能性要求

对于建筑物来说，其使用功能是非常重要的，进行结构优化设计的时候需要对使用功能进行充分考虑，使得建筑物满足功能性的基本要求。比如说，对于一些特殊功能的建筑物有很多特殊的功能需求，银行使用的建筑物要求要有金库，在进行结构设计的时候需要对金库的结构、位置、出入口等进行优化设计，对于的荷载计算式，一般活荷载取值为10kN/m2，只有保证了建筑物功能才能更好进行优化设计。

4 结构设计优化技术应用步骤

4.1 建立优化模型

对房屋整体结构进行优化时，通常情况下采用以下三个步骤完成：

（1）选择合理的设计变量。结构设计优化人员应该重点选择对房屋结构影响较大的参数作为设计的变量。例如约束控制的参数、目标控制的参数，具有包括结构可靠度、工程造价、损失期望值等指标。在结构优化过程中，对部分变化幅度不明显、影响程度不高的参数或者部分采用特定的参数就能满足要求，设计人员可以事先预定参数进行设计，这样设计人员在计算、设计、编程的过程中可以大大的减少工作量。

（2）确定目标函数。在优化的过程中，设计人员需要设定能够符合预定条件的钢筋截面积、构件几何尺寸以及其对应的失效概率，从而使得成本控制最优化。

（3）确定约束条件。房屋结构的安全性与可靠性是房屋结构设计的基础，是优化的前提条件。因此在函数设定的过程中，必须设定相应的约束条件。房屋结构设计优化的约束条件通常包含以下几个方面内容：尺寸约束、裂缝宽度约束、构件单元约束、结构强度约束、应力约束、可靠指标约束、结构体系约束、确定下条件约束、弹塑性约束、极限状态约束等。在优化过程中，设计人员必须将实际项目情况的约束条件与假定的约束条件作对比，确保所设定的约束条件能够满足实际工程需求。

4.2 方案设定、程序设计与结果分析

以可靠度为基础的房屋结构设计优化具有非线性以及多条件、变量复杂的特点，在优化结构计算的过程中，通常情况下将具有约束性的优化转化成为无约束性的优化函数进行计算。目前，我国结构设计优化中常用的计算方法有：复合形法、拉氏乘子法、Powell法等。

随着计算技术不断应用于设计领域，将基于可靠度进行的房屋结构设计优化方案以及选用的符合工程实际情况的优化计算方法运用计算机语言编制相关的程序，从而提高优化设计的运算速度以及满足结构优化的各项功能需求。

在选定优化计算方法、建立相应的优化模型与优化程序的基础上，对结构设计进行优化。设计人员通过所编制的程序对方案进行处理后，必须对程序运行的结果进行比较分析，选择最佳的优化方案。在结果分析的过程中，结构优化人员必须对各个影响因素进行整体综合性考虑，多角度、全方位地考虑优化方案。优化方案结果分析对结构设计优化及其关键，对结果进行有效的分析能够从中选择安全性、实用性、合理性以及美观性有效协同的方案，同时，可以降低建筑施工难度，加快施工进度，降低建设投资。在优化过程中只考虑经济效益，忽略对技术方面的考虑是不正确的，在优化的过程中应该将两者相互统一，形成有机整体进行综合优化。

5 结语

结构设计的优化即是顺应市场发展的要求，也是市场更高要求的体现。建筑结构设计要注重结构设计人才的引进和培训，同时与时俱进、引用先进的计算机技术和工具，优化建筑结构设计工作，切实提升建筑结构设计的水平，进一步带动行业发展环境的优化和发展水平的提升。

参考文献：

[1] 王亚斌.建筑结构优化设计策略探析[J].住宅与房地产，2016（27）：68.

[2] 韩士峰.试述优化建筑结构设计的措施[J].智能城市，2016（2）：136～137.