浅析建筑结构设计的优化设计 周婧

浅析建筑结构设计的优化设计周婧

摘要：对于现代建筑而言，结构优化设计技术起到了至关重要的作用，建筑不

仅要具有必要的使用价值，而且还要具有一定的美观。安全、便于施工、经济、

实用以及美观是我们对房屋结构设计时，必须要考虑的五个基本问题，也就要求

我们必须对建筑结构设计进行相应的优化，以使得空间资源的合理利用，尽量使

得房屋结构合理、安全、可靠。随着人们生活水平不断提高，不仅对建筑实用性

与安全性有所要求，而且对经济性与外观也有所要求。然而，在对建筑结构设计

的时候，必须考虑到施工的方便性，以便快速完工。对于建筑结构设计进行必要

的优化，不仅能获得房屋结构的经济性、安全性以及合理性，还能使建筑更加美观。文章就建筑结构优化设计的重要意义进行分析，对建筑结构设计的具体内容

进行阐述，并提出建筑结构设计优化的一些方法，旨在为建筑行业相关人员提供

参考。

关键词：建筑结构；设计；优化设计；分析

1、建筑设计优化的重要意义

使用合理的优化方法，对建筑的结构设计进行优化，既能降低整个工程的造价，还能提升建筑的经济价值，从而能够有效提升建筑的经济效益。

1.1 使工程的造价降低

建筑工程结构优化设计在会充分的考虑到现行阶段的建筑行业的发展趋势来

进行剖析，根据现行的建筑特点来进行设计，如当前的高层建筑和高层的住宅偏多，因此其层数很多，在建筑用地面积不变的情况下建筑总面积很大，在面对高

层建筑的结构设计时，为了节省用地，会将建筑物的房顶进行细致的规划，可以

保证整个工程的总造价降低，节约成本。

1.2 能够提高建筑结构的经济效益

建筑结构的设计需要保证到建筑工程的经济效果，随着建筑的层数的增加，

高度也会增加，与其相关的墙体面积、柱体面积及配套的设施如管道等都会增加

很多，层数比较少或者高度比较低时相应的建筑就会节省一些这样的荷载。同时，高度越高的建筑，相邻之间的距离也会比较远，这样不利于节省用地开支的目标

实现，如果让建筑的总高度下降，那各建筑之间的距离也会靠的近一些，这样可

以节约用地。另外，相同面积的建筑之间，建筑的平面形状不同会使得其周长不同，越规则的平面形状其周长会小一些，并且能够提高其荷载的性能，增强了建

筑的质量。优化创新后的建筑结构设计相较于传统的设计，能够有效降低建筑的

总造价，能够有效的提高建筑结构的经济效益。

2、建筑结构设计优化的具体内容

建筑结构优化设计的内容可以分为目标函数选择、变量选择、约束条件选择

三个步骤，每一个步骤都涉及到建筑结构优化设计的一个方面的内容。

2.1 目标函数选择

确定建筑结构的目标函数是建筑设计人员对建筑结构进行优化创新设计时的

第一步，通过采用相应的技术与办法，以建筑的面积的参数以及建筑可以达到的

安全标准为前提，结合建筑建设所用的建筑材料等进行系统的规划和计算，要保

证相关的参数在计算的过程中要满足相关的需求。合理科学地选择建筑的工程造

价模式是建筑设计相关人员在建筑结构优化设计过程中必须要进行的工作，要尽

量优化建筑结构设计，在保证建筑质量的前提下，降低工程的总体造价。

2.2 变量选择

建筑工程的设计阶段，除了对建筑工程优化设计的目标函数进行正确的选择，还要对建筑结构的进行变量选择，变量的选择对于建筑结构的设计也是至关重要的。变量选择，顾名思义就是对影响建筑结构设计的各种会变化的因素进行分析

和选择，并研究其中会对建筑结构设计造成的影响最大的一个因素，然后在实际

的设计过程中，对其进行评估计算以及控制其影响程度，以发挥建筑工程结构设

计优化方法的作用。

2.3 约束条件选择

建筑工程是一个复杂而又系统的工程，因此在实际的设计过程中，受许多约

束条件所影响，在对建筑工程结构设计进行优化设计时，必须要考虑到建筑工程

的约束条件、对约束条件的准确判断，能够实现建筑结构优化设计的最大化。比如，在建筑设计时，设计人员对结构的强度、尺寸、应力等等因素所存在的约束

条件进行判断选择，要以建筑工程的实际情况作为出发点，进行科学合理的选择，使得建筑结构设计的优化工作具有模范性和科学性，给建筑工程的施工打好基础，提高整个工程项目的效率和经济效益。

3、建筑结构设计优化的具体措施

建筑结构的优化方法，是由建筑结构的整体设计优化方法以及建筑结构的细

节结构优化方法這两个发面体现出来的。在建筑结构整体的优化设计中，要立足

整体，全面的分析总体的数据，并相互协调，确保选出最优的优化方法。在细节

结构优化设计中，要对建筑结构的各个方面进行剖析，合理划分为不同的部分，

逐个解决相关的选型、布置、造价等几个部分的优化设计，实现降低工程造价的

目标。

（1）拓扑优化法。拓扑优化法，就是通过在建筑结构设计优化过程中，结

合建筑自身的特点以及实际的用途和情况，正确找到理想化的建筑结构分布形式，全面的分析建筑结构的刚度和其他与结构相关联的属性，来减少建筑结构自身的

重量，从而提升建筑的性能。设计人员要充分掌握以及了解拓扑分析方法的优点，合理运用拓扑分析方法，使得设计出来的建筑结构拥有很强的逻辑性。

（2）截面优化法。截面结构的可靠性以及安全性是建筑结构优化设计时相

关人员必须要考虑的一个重要方面。截面结构作为建筑结构的细节所在，其性能

是最能体现出建筑的整体性能的。在实际的设计过程中，为了保证截面结构的的

可靠性与安全性，设计人员要对建筑结构中所涉及的界面进行准确的计算，然后

再进行设计，不仅可以提升建筑结构的稳定性，还可以提高建筑的美观程度。具

体的方法有，可利用有限元方法来计算设计变量的结构位移情况以及应力特点，

然后用计算设备对获得的数据进行验算和分析，得出结果后，根据其需求调整，

确定调整的范围，在此范围中再进行区域优化设计。

（3）外形优化法。外形优化是在界面优化的基础上进行完善的，以达到更

好提升建筑的结构设计质量的目的。在对建筑结构进行外形优化时，相关人员要

对建筑的整体情况掌握得很清楚，再根据我国现行的建筑柱结构设计的相关标准，在掌握的建筑的情况的基础上进行改进。建筑结构的外形特征就是利用外形优化

法来进行划分的。外形优化方法在实际的实施过程中，通常会采用连续性结构与

杆系结构。建筑结构的节点坐标选取是杆系结构的重要环节，节点坐标在选取好后，要将其作为设计的一个变量，来实现建筑外形优化设计的目标及需求。

（4）细节部分结构设计与概念设计相结合。概念设计优化方法，是在比较