建筑结构设计中优化设计的重要性

的 实施 ，加 大 对设 计市场 的管 理 力度 ，建立
和 完善相 应法 律法 规 ，规 范设 计 市场 。其次 建 立设计 监理 制度 已成 为形势 所迫 ，业 主所 需 。 目前还 没 有客 观公正 的 “ 第三 方” 来监 理结 构设 计的 进行 ，所 以通过 设计 监理 的方
参考文献 ： 【 张炳华． ｌ 】 土建结构优 化设计【 ． ：同济 Ｍ】 上海 大学出版社 ， ［ 汪树玉． ２ ］ 结构优化设计 的现状与进展啪． 基建 优化，． 【 王光远． ３ 】 工程结构 与系统抗震优化设计 的实 用方法［ ． 京：中国建筑工业出版社， ＭＩ 北 ［ 蒋启平． ４ 】 工程结构优化设计的新方法Ⅲ． 工业 建筑，
日 程术 技
建筑结构设计中优化设计的重要性
文晓旭 哈尔滨市城乡规划设计研究院
摘要 ：由于建筑结构设计 中，优 化设计
技 术 的 合 理应 用 可 以 产 生 可观 的 经 济 效 益 。
建筑设计部门和 设计人 员应选择合理 的建 筑 结构设计方案，实现 降低建筑工程造 价并取 得最大经济效益的 目的。本文作者就此文体
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Ｆ ＯＲ ＴＵ ＮＥ ＷＯＲＬ ０ Ｏ ０ ２ １
面形状 越接 近 方形或 圆形 ，外 墙周长 系 数越 小 ，外墙砌体 、基础 、内外表面装修等也随之 减少 ，并且受力性能好 ，造价会降低。考虑到 住宅的使用功能和方便性 ，通常单体住宅建筑
的平面 形状 多为矩形 ３ 结构设计优化技术在建筑结构设计中 的应用
程分部结构的优化设计两方面 。其 中房 屋工程 分部结构的优化设计包括 ：基础结构方案的优 ３ １ 直 觉优化 （ ． 概念设 计优化 ）技 术与 化设计 、屋盖 系统方案的优化设计 、围护结构 建筑结构 设计 对于同一建筑方案 ，可以有许 方案的优化设计和结构细部设计的优化设计 。 多不同的结构 布置设 计；确定了结 构布置的建 对 以上几 个方 面的 优化 设计还 包含 选型 、布 筑物 ，即使在 同种荷 载情 况下也存 在不同的分 置 、受力分析 、造价分析等内容 ，并应在满足 析方法 ；分析过程 中设计参数 、材料、荷载的 设计规范和使用要求的前提下 ，结合具体工程 取值也 不是惟一 的：建筑物细部 的处理更是不
进 行探 讨 。
关键词 ：结构设计，建 筑结构 ；优化技
术
结构设计 ： 结 构设计 简而 言之 就是用 结构 语言 来表 达建筑师及其它专业工程师所要表达的东西。 结构语言就是结构师从建筑及其它专业 图纸中 所提炼简化出来的结构元素 。包括基础 ，墙 ， 柱 ，梁 ，板 ，楼梯 ，大样细部等等 。然后用这 些结 构元 素来构 成 建筑物 或构 筑物 的结构 体 系 ，包括竖向和水平的承重及抗力体系。把各 种情 况 产生的荷 载 以最 简洁的 方式 传递至 基 础。结 构设 计的 内容 由上 可知 为 ：基础的 设 计，上 部结构的设计和细部设计 。 结 构 设 计 的 阶 段 大 体 可 以 分 为 三 个 阶 段，结 构方案阶段 ，结构计算阶段和施工图设 计阶段。方案阶段的内容为 ：根据建筑的重要 性 ，建筑 所在地 的抗 震设防烈度 ，工程地 质勘 查报 告，建筑场 地的类别及建筑的高度和层数 来 确定 建筑 的结 构形 式 （ 例如，砖混结构 ，框 架结构 ，框 剪结 构，剪力墙结 构，简体结 构， 混 合结构 等等 以及由这些结构 来组 合而成 的结 构形式 ）。确 定了结 构的形式之后 就要根据 不 同结构形式的特 点和 要求来布 置结构 的承 重体 系和受 力构件 。 二． 建筑结构设计优化方法 １ 结构 设计 优化 方法和 技术 的应用 具体 ． 体现在房 屋工程结构总体的优化设计和房 屋工
的实际情况 ，围绕其综合经济效益的 目标进行 结构优化设计 。 在满足建筑结构长 远效益的 前提下 ，应尽量减少建筑结构的近期投资并提 高建筑结构的可靠度和合理性。与传统设计相 比 ，采用设计优化技术可以使建筑工程造价降 低５ ～３ ％。优化技 术的 实现 ，可以最 合理 ％ ０ 的利 用材料的性 能 ，使建筑结构内部各单元得 到最好 的协调 ，并具 有建筑 规范所规定的安全 度。同时 ，它还可为建筑整体性方案设计进行 合理的决 策 ，优化技 术是实现建筑 设计的 “ 适 用、安 全和经济 目 的有效途径 。 标 ２ ．民用建筑结构设计与经济性的关系 ２ １ 结 构设计与用地的关 系 ． 多层或高 层住宅 建筑 中 ，总建筑 面积是各层建筑面积的 总和 ，层数越 多 ， 位建筑 面积所分摊的房屋 单 尽相 同，这些 问题是计 算机 无法完 全解决 的， 都需要设计人 员自己作出判断 。而 断只能 在 ｌ Ｊ 结构设计的一般规律指导下 ，根据 工程实践 经 验进行 ，这便是前面所说的概念设计 。因此 ， 概念设计存在于设计 师对多种备选 方案进 行选 择的过程 中。 三． 推行优化设记的建议 １ 、加大行政监督和加快设计监理工作 优 化 设 计 工 作 的 推 行 ，政 府 主 管 部 门 首 先要 重视 ，通过 行政 手段 来保证 优化 工作
占地 面积就越 少。但随着建筑层数的增加 ，房 屋的总高度也增加 ，房屋之间的间距也必须增 大。因此 ，用地的节约量并不随建筑层数的增 加而按 同一 比例递增 。 ２２结构设计 与造价的关 系 建筑层数对 ． 单位 建筑面 积造价 有直接 影响 ，但影响程度对 各分部结构 却是不同的。屋盖部分 ，不管层数 多少，都共 用一个屋盖，并不因层数增加而使 屋盖的 投资增 加。因此，屋盖部分的单位面积 造价随 层数增加 而明显下降。基础部分 ．各层 共用基础 ，随 着层数增加 ，基础结 构的荷载加 大 ，必须加大 基础的 承载 力，虽然 基础部 分的 单位面积造价随 层数增加而 有所 降低，但 不如 屋盖那样显著 。承重结构 ，如墙 、柱 、粱等， 随层数增加而要增强 承载能 力和抗震能 力 ， 这 些分部结构的单位建筑造பைடு நூலகம்将有所提高。 ２ ３ 高 层住宅结 构设计 与经济性 的关 系 ． 住宅的层高直接影响住宅的造价 ，因为 层高增 加 ，墙体面积和柱体积增加 ，并增加结构 的 自 重 ，会增加基础和柱的承载 力，并使水卫 和电 气的管线加长 。降低层高 ，可节 省材料 、节约 能源 ，有利于抗震 ，节省造价 。同时 ，除 降低 层高可以减少住宅建筑总高度 ，缩小建筑之 间 的 日照距离 ，所以降低层高能也取得节约用地
员加 强经 济观念 ，把 技 术与经 济统 一起 来 ， 改变 以前 设计过 程 不算帐 ，设 计完 了慨算 见 分晓的现象 。 ３ 、推广设计标准规范和标 准设计 工程 设计标 准规 范的 形成 ，来源 于大 量 成熟 的 、行之有 效的 实践 经验 和科技 成果 ， 是科技 转化 为生 产 力的必要 途径 。优 秀的 工 程设 计标准 和规 范 ，不仅优 化 了设计 ，减 少 设计 的盲 目性 ，还将 大大提 高设 计速 度 ，有 效降 低项 目的全 寿命 费用 。在标 准规 范 中可 以对一 些重 要的 部位 采取设 计经 济指标 限额 制 度 ，对 一 些 设 计 部 位 使 用 “ ”或 “ 宜 不 宜 ”等 引导性 语 言提示 设计 人 员对方案 进行 优 化 ，鼓励 他们 在设计 中大 胆使 用新 工艺和 新材料 ４ 结语 建 筑是 凝固 的 艺术 ，建 筑师 总是希 望通 过建筑物表达 自己的设计意 图，力求艺 术性和 实用性的完美结合 。结构师在保证安全性 的前 提下 ，当然应该敢于挑战新的结构形式 ，使建 筑师的意 图得以实现 。在建筑结构设计的过程 中，在基本满足建筑师设计意 图的基础上 ，平 面布置应尽量规则 ，对称 ，尽量缩小 质量 中心 和刚度 中心的差异 ｔ使建筑物在水平荷载作用 下不致产生太大的扭转效应 。竖 向布置上 ，往 满足功能要求的前提下 ，尽量使竖 向承重构件 上下贯通 ；能不使用转换 层的就应避免使用 ， 以减小结构分析和设计上的困难 ，另外也不经 济 ，还容易造成应力集中 。竖向刚度最好不要 突变 ，而要渐变 ，否则突变处在水平荷载作用 下会出现严重的应力集中现象 ，这对结构抵抗 水平动力荷载是十分不利的。
的效果。 在相 同建筑 面 积时 ，住宅 建筑 平面 形状 不同 ，住宅的外墙周长系数也不相同。显然平
一
式可 以打破 设计单 位 自己 “ 控制 ” 自己的单 局面。
２ 、建立必要的设计竞争机制 为 保 证 设 计 市 场 的 公平 竞 争 ，设 计 经 营 也应 采用 招标投标 ，并颁 布相应 的法 规条 例 。 各地 可 以 成 立 合 法 的 设 计招 标 代 理 机 构 ，符 合条 件的项 目必 须招标 。招 标时 对投 标单 位的 资 质、信 誉 、技 术 等方 面进行 必要 的 资格审 查 ，设立健 全 的评标 机构 ，运 用价 值工 程等 手段 对备选 方 案进行 优化 选择 。设 计单 位 为提高 自身 竞争能 力 ，在 内部管 理上 应把 设计 质量 同个 人效 益挂钩 ，促 使设 计人