建筑结构优化设计分析

建筑结构优化设计分析

【摘要】社会经济的发展带来了建筑行业的规模化运行，建筑经济也成为整个国民经济组成中的重要部分。投资效益最大化是投资者普遍的价值诉求。在建筑行业中，重视建筑结构的优化，实现成本的有效控制提升经济效益已经成为一条重要路径。本文的主要内容就是从建筑结构的角度出发，探析如何通过设计优化来提升建筑整体的安全质量与经济效益。

【关键词】建筑结构；优化；设计

一、建筑结构优化设计的基本要求

对建筑结构进行优化，是一项系统复杂的工作，它必须贯穿于整个建筑过程的始终，不能仅仅依靠某一个阶段来实现优化。从建筑工程所要经历的阶段来看，它包括决策、设计与建设施工几个环节，要真正的做到建筑优化，必须在其中的每一个环节上都贯彻落实这项意识。除此以外，我们必须明确结构优化的目的，进行优化设计，并不是为了偷工减料来降低成本，而是在保障建筑安全性与建筑功能的基础上，对结构布局进行优化，降低能耗，即降低了建筑的成本，同时也符合低碳节能环保的时代要求。对于建筑结构的优化，其原则要求具体如下：

第一，建筑的功能性。建筑的功能性始终是其满足社会需求最基本的属性，作为人类生存发展所依赖的物质基础，建筑除了满足一般的生存生活需求外，舒适性、便利性、欣赏性已经成为现代建筑应当具备的附加功能，建筑的功能性相比较与传统的物质环境，

有了更为丰富的内涵和更高的要求。

第二，建筑的安全性。建筑作为生存生活的基础，安全性是必须考虑的一个重要因素。特别是现代建筑与艺术发展的融合创新，使得越来越多的设计者开始尝试一些较为新颖的结构和设计方式，这种创新虽然是值得鼓励与支持的，但是忽视了安全因素的创新则是一种盲目的、不科学的创新，不安全的建筑对于人类来说不仅不能够提供帮助，反而会对整个社会带来危害，因此安全性是建筑结构优化必须遵循的一项基本原则。

第三，建筑的经济性。如果说安全性是从人的角度来提出的要求，那么经济性则是从市场的角度对建筑结构优化提出的要求。建筑行业的规模化发展，同样带来竞争的加剧，在保证建筑安全性与功能性的基础上，有效控制成本、提高各项资源的利用率则能够有效的提升经济效益。

第四，建筑的环保性。建筑业的蓬勃发展，虽然带来了建筑经济的快速增长，但是也不可避免的带来了一些社会问题。特别是在国际提倡发展低碳经济的背景下，建筑的能耗污染成为与时代主题相矛盾的存在。在建筑结构的优化中，重视环保理念的融入，在细节上体现环保意识和环保价值成为另一项要求。

二、建筑结构优化的措施分析

上文我们分析了建筑结构优化所需要遵循的一般性原则，对于如何对建筑结构进行优化，根据建筑的功能不同、区域位置不同会有一些明显的差距。本文选取在建筑结构优化中普遍考虑的因素与

方式进行分析，主要可以从以下几个方面入手：

第一，设计方案的优化。方案的确定是建筑施工各项工作开展的前提条件，对于建筑结构的优化设计同样如此，各项工作的开展必须在方案中得以体现和确定，才能保证方案最终的设计实现。当然，对于同一个建筑对象，我们通常可以采取的设计方案又是多样的，结构优化的方式也是多样的。不同的方案会对最终的工程造价以及工程质量产生重要的影响，如何在众多的可选方案中确定一套最优化的方案就成为我们必须重视的问题。一般来说，在方案的选择上我们应当考虑一下因素：(1)要用整体的概念在特定的建筑空间中来完成结构总体方案的构思，处理好构件与结构、结构与结构的关系，充分利用和发挥整体结构和构件的最佳受力状态，使结构具备足够的承载力、刚度和良好的延性；(2)尽可能使结构的受力与传力途径简单、直接、明确。传力途径复杂会出现多次转换的结构构件，这样会导致造价的提高，也容易出现计算错误产生安全问题。采用最简单、直接的传力途径，可以省去中间传递的结构构件，减少结构的安全风险，使结构受力更加明确，其造价也相对经济；

(3)保持整个结构安全可靠度的协调一致性。应通盘考虑整体结构的每一个构件，使结构构件能够协调一致发挥其最大效能，确保达到规范规定的设计目标水准，实现结构既经济又安全的目标；(4)使结构平面布置的抗侧力刚度中心与建筑物的外力作用中心或质

量重心尽量接近或重合，以避免或减少重力作用下结构的扭转效应，因为抵抗结构的扭转所需增加的材料用量是很大的，可以说结

构平面布置的不规则既不经济又不安全。

第二，提升结构计算的水平。结构优化的实现，必须要通过对不同数据的处理、参数的选择来实现，结构工程师的一项重要工作内容就是从事繁重的计算工作。随着信息计算设备的加入，一体忽而的计算程序开始被普遍采用，这虽然在一定程度上减轻的工程师的工作，但是在利用一体化计算程序使必须注意以下问题：(1)不能对计算机与各种计算程序过于倚重。计算程序的各种软硬件设备虽然具有智能效果，但是这些程序与软件的开发都是由人工智能完成，各种缺陷与疏忽不可避免的存在。如果完全的依赖于这些计算设备，设计人员不对最终的运算结果进行分析，那么很有可能导致产生的错误结果被忽视。所以设计人员不能对计算设备过于倚重，应该对结构设计的理论、条件、范围等有清楚的掌握，这样才能有效的辨别各项错误的发生。(2)对各项数据必须进行核对。利用计算程序进行计算的一项重要工作就是对各项数据进行输入，这些数据包括图形与构件的尺寸、荷载的数据等，这其中的每一项数据都对最终的计算结果会产生十分重要的影响，例如如果荷载数据的输入错误，对于最终的建筑安全性将会带来不可忽视的影响。所以即使我们利用计算设备与程序进行计算，也必须对各项数据进行核对。(3)注意每一项结构优化设计模型之间的差异。利用计算程序进行计算，其实质就是在程序中已经设定的模型上进行各项参数与数据的带入进行计算。也就是程序已经预设了一些较为普遍的理论模型，这些模型具有代表性。但是在现实的建筑结构与模型之间往

往会存在一定的差异，如果仅仅依赖这些理论模型进行计算，得出的结果最终难以指导现实的模型。重视现实结构与模型之间的差距，根据实际情况来做出灵活的调整，保证最终设计结构的正确合理。

第三，提高材料的利用率。对建筑结构进行优化设计，一项重要的工作就是要实现成本的优化管理，通俗来说就是花最少的钱，做最大的事。如何在安全与适用的基础上实现成本的优化，最直接的做法就是对材料费用的有效控制。材料的选择应当尽可能的合理，并且材料的利用应达到最大值，减少浪费。在钢筋混凝土结构中，以受压为主的柱子，就要充分发挥钢筋混凝土材料中混凝土抗压性能好的特点，尽可能采用高标号混凝土，不但可以减小构件截面，增加使用空间，还能减轻结构自重。对于高层建筑的结构转换层和受力复杂的结点部位以及大跨度结构，可采用型钢混凝土和预应力混凝土或钢结构等，以达到适用、安全、经济的目的。实际工程中，经常出现的钢筋混凝土现浇板中混凝土标号过高的现象，不仅高标号的混凝土不能充分发挥其强度作用，而且为抵抗高强混凝土较大的收缩变形和满足最小配筋率要求，板中钢筋的配筋量也随之增加，从而导致工程造价的提高。

参考文献

[1] 高新艳.钢筋混凝土框架结构的整体分析与优化设计[d]太原理工大学,2007.

[2] 邓影.李秀辉虚拟现实技术与建筑结构概念、优化设计