建筑结构设计方案的优化思考

建筑结构设计方案的优化思考

发表时间：2019-07-09T14:36:02.737Z 来源：《建筑学研究前沿》2019年6期作者：廖芳鲜

[导读] 整体质量以及工程造价。因此，结合笔者工作实践，阐论建筑结构设计优化技术。

摘要：建筑结构设计是建筑工程建设的基础，建筑结构设计的合理性与科学性直接关系到建筑工程的安全稳定性、整体质量以及工程造价。因此，结合笔者工作实践，阐论建筑结构设计优化技术。

关键词：建筑；房屋结构；结构设计

伴随着社会经济的高速发展，现代建筑朝着外部结构美观化，内部结构实用性、安全稳定性方向发展。但是，高质量的建筑结构设计应在保证上述要求的基础上，提高施工便捷性，节省建筑成本，这就需要对房屋结构进行优化设计。房屋结构设计优化技术是基于房屋建筑使用状况，通过精确计算，设计出最合理的建筑结构方案，切实提高房屋建筑工程结构的稳定性、安全性的同时，兼顾其造价成本的经济合理性。

1建筑结构优化设计的内涵与意义

建筑结构优化设计指的是根据建筑要求与相关规范的要求，经过相应的计算，确保建筑结构重量、刚度、造价等指标符合最优化的建筑设计要求。房屋建筑结构优化设计是现今建筑领域的结构设计主流趋势，更是契合与现代建筑行业规范要求的可行性方案，优化设计要在“安全可行性”中找出“最优”。

建筑结构优化设计既能提高建筑的实用性、美观性、安全性、耐久性，更能有效控制工程造价。以较低成本打造高质量的建筑工程是建筑企业的诉求，其中结构科学合理的建筑结构设计是实现低价优质的保障，因此，建筑结构优化设计对于建筑企业经济效益，乃至建筑行业的持续发展有着极为重要的意义。

2房建筑结构设计优化路径

2.1建构模型

2.1.1确定设计变量

建筑结构设计优化在建构模型上建立影响变量的参数，进行有针对性地计算，从而确定最佳方案。变量参数的选择基于参数对建筑结构整体的影响强弱而定，选择影响因素少的参数，降低计算难度。影响建筑结构设计的参数我们通常称之为设计变量，损失期望C2、结构参数C1为目标控制参数，结构可靠度PS为约束控制参数，对于影响较小、变化幅度小的参数，可由预定参数表示，由此减少计算与编制的工作量。

2.1.2确定目标函数

确定目标函数，可基于重要性划分参数属性，通过选择一些影响较小的参数，有效控制函数模型计算量。目标函数确定后，基于相应条件进行最优解计算，针对建筑对结构强度、应力等约束条件开展结构优化设计，提高建筑结构设计的合理性。

2.1.3确定约束条件

在房屋结构设计优化上，为提高结构可靠性，应从确定优化设计的约束条件着手，其中约束条件主要为裂缝宽度、结构尺寸、结构强度、结构体系、应力约束等，结构设计上，在分析对比目标约束条件与实际约束条件，保证各个约束条件皆与建筑结构要求相符，由此实现最优设计。

2.2设定计算方案

房屋结构设计上，基于可靠性的优化设计有着极为复杂的多变量，且约束条件较多，非线性问题突出，因此，在对其进行计算时，应把约束性问题向无约束性的问题进行转化而求解，常用计算方法为：Powell、复合形法等。

2.3设计程序

在房屋结构优化设计上，应根据建筑结构的形式及功能，在当前主流普遍使用的模拟计算软件中选用合适的计算程序，确定科学的计算方法，建立正确的模拟计算程序。

2.4分析结果

建筑结构设计优化方案的制定，应在分析比较相关计算结果的基础上，多角度分析问题，切实保证结构的美观性、合理性、实用性、耐久性等。建筑结构设计优化既需要尽可能的节省造价，更需要确保技术上可靠性，确保两者兼具。

3结构设计优化设计技术的实践应用

3.1概念设计

房屋结构设计优化在缺少量化数值的情况下，可利用概念设计进行结构设计，处理好建筑构件与结构之间的关系。所谓概念设计，是基于地震震害形成的设计方法，在地震烈度设防上，往往存在诸多不确定因素，难以找到于之相契合的计算方式，此时，就可以以概念设计方法，将相关数值作为设计参考依据。概念设计以建筑结构强度、延性等为方案设计主导，无需进行数值计算，特别是对于难以进行精确计算的问题，可根据结构整体与分支之间的联系，地震危害、工程经验、结构损害机理等进行设计。因此，概念设计是基于整体角度控制抗震细部结构，由此确定建筑整体布置。利用概念设计，可在建筑设计时有效构思结构体系，这种设计方案概念更为明确清晰，并能准确定性，为后期设计奠定良好的基础。在概念设计上应秉持刚柔并济理念，设置多道防线，将复杂的问题简单化，尤其是确保受力与传力结构设计更为简单明了，譬如，建筑竖向抗侧力刚度应尽可能连续均匀，防止发生侧位移角，避免传力路径的突然变化；使结构平面正交抗侧力刚心接近于建筑荷载中心，减少地震损坏。

概念设计是建筑结构设计优化的重要环节之一，通过对薄弱部位的事先分析，有针对性的进行承载力调整，以增强或削弱某部位的荷载力，基于弹塑性计算进行校核，基于对结构材料性能的充分了解，在不减弱结构安全性与耐久性的前提下节约造价。

3.2 案例分析

某房屋建筑结构设计优化思路为：由于纵向刚度有余，依据层间位移，将内部剪力墙取消，由于对抗扭刚度小，难以有效对抗水平力

作用下的抗倾覆变形，因此将内部2道对称剪力墙取消，倘若仅取消一道，或取消不对称剪力墙，容易导致较大的扭转变形，出现结构变形不均匀，震害易破坏现象。调整框架柱断面，对其界面进行适当的收进。由于低烈度下柱截面由轴压比控制，上部柱子为小轴力、低配筋率，因此，确保对层间位移角不造成影响的情况下，对截面进行适当缩小，缩小面积按柱截面要求而定。有些框架梁高度增加50mm，其钢筋含量缩小5kg，保证配筋率合理，可适当增加梁截高。如因建筑外立面造型要求，部分梁高小于建筑造型要求200mm的情况下，可做成与建筑造型等高的梁，以减少其墙体过梁、填充墙的施工，便于缩减建筑成本，更能节约建筑建造工期，因此，使建筑结构设计的美观性、安全性、实用性、耐久性更统一。

4新型建筑结构设计优化技术

4.1 信息化技术应用

房屋建筑施工中，各种复杂因素相互交织会直接影响到原先的结构优化设计，进而影响施工进度，所以，建筑结构设计优化应将施工中可能发生的问题考虑到设计之中，为后期建筑施工提供最具可行性与可靠性的方案。现今，计算机、云计算越来越深入到渗透到现在的各行各业之中，建筑结构设计设计中借助信息化技术帮助设计师进行立体化、多维度设计，同时全面预测施工问题，如，利用BIM技术的建筑设计，简化了设计流程，更为准确的把握施工影响因素，将这些因素充分考虑到设计之中，利用优化设计减少施工中可能存在的质量与安全隐患。

TBCAD 系统也是建筑结构设计优化最常用的信息化软件，利用该软件可进行资源的多项整合，结构方案的细化分析，实现建筑结构的最优化设计。TBCAD 系统操作步骤为：第一，整合建筑施工中设计到的各项资源，实现优化设计，如使用最少的人工或材料，达到最佳的施工效果；第二，优化结构设计构件强度，调整部件钢截面，实现低成本、高质量。

4.2节能结构优化设计

在时下低碳、节能、环保的发展趋势下，建筑节能优化设计成为主流。因此，在建筑结构优化设计中，注重对能源的节约化、对能量的高效实用化，如，充分利用新能源为建筑施工与使用提供能量。如在结构设计上大量采用高强度钢筋，能有效减少建筑的整体含钢量，节约大量资源成本。大量采用朝南的建筑设计方向，获得最大的采光面积与最长的采光时间，减少因照明耗损的电能，同时获取更多太阳能；建筑背面进行保温设计，尽可能将热量存留于建筑内部，强化建筑保温性能。屋顶以架空结构形式进行设计，由此提高建筑保温效果。

5结语

现代高层建筑、群体楼建筑越来越多，对于建筑结构设计有着越来越高的要求，对此，利用房屋建筑结构设计优化技术，在保证建筑结构稳定性、安全性、美观性的基础上，控制工程造价，切实提升建筑性能，打造高品质建筑工程，实现经济效益与社会效益的双丰收。

参考文献

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[2]姜方红.建筑结构设计中的优化策略[J].智能城市，2018，4（06）：23-24.

[3]史继民.房屋建筑结构设计中优化技术应用探讨[J].民营科技，2018（01）：81.