分析建筑结构设计的优化方法及应用

分析建筑结构设计的优化方法及应用

发表时间：2019-06-17T08:47:16.173Z 来源：《建筑模拟》2019年第16期作者：何连生

[导读] 随着我国社会经济的迅猛发展，我国人民的物质生活水平相比过去也有了很大的提高，这就促使人们对居住和生活的环境有了更高层次的要求。

何连生

河源市合和房地产开发有限公司

摘要：随着我国社会经济的迅猛发展，我国人民的物质生活水平相比过去也有了很大的提高，这就促使人们对居住和生活的环境有了更高层次的要求。在对房屋结构进行设计时，就要积极的应用建筑结构优化设计的方法，使房屋不仅能够提升房屋的舒适度，更好满足人们居住需求，还可以在保证房屋基本性能和质量安全的情况，降低建设成本。这就需要应用先进技术对房屋结构进行设计，促进建筑结构优化技术的发展。

关键词：建筑结构；优化设计；房屋结构；具体措施

引言

受人口快速增长和有限的土地资源的制约，加上近些年房价上涨飞快，使人们对房屋居住的空间设计、成本控制等提出了更高的要求。优化设计民用建筑结构，可使其成本有效降低，促进以经济效益的实现。设计人员在对民用建筑结构设计过程中，应通过对现代房屋设计理念的充分利用，保证制定的房屋建筑方案更加经济合理，进而实现工程造价减少，经济利益最大化的目的。

1优化设计的原因

房屋建筑主体中，50%的成本通常花费在混凝土、钢筋、砌体等建筑材料中，并且该部分费用也是组成工程造价的主要内容。实践表明，通过对结构的优化大约可有效降低总成本的10%～35%，对于大型建设工程，该部分费用风险较低，且资金数额通常较大，因此，开展结构优化设计不仅可以提高企业的资金周转率和利润，而且可以降低建设方的投资成本，具有巨大的经济价值。

目前，各设计单位技术水平存在一定的差异，因设计质量造成工程项目返工、停工等现象十分常见。通过科学、合理的优化设计，可有利于业主提升设计质量，并且在降低工程风险，避免质量缺陷等方面发挥着重要的作用，可以在降低非必要投资的条件下提高工程项目品质，符合创建节约型社会主题。结构的优化设计通常并非业主要求的核心内容，因此，设计单位往往存在成本控制意识薄弱、控制积极性不高等问题，并且设计师在技术水平不足、任务重、时间紧的条件下，并不能很好地帮助业主控制成本。在此背景下，结构的优化设计非常重要，其不仅是保证建筑安全、耐久性以及功能性的基本条件，而且在最大化追求经济型、节约建筑占地面积方面发挥着不可替代的作用，已成为结构设计领域研究的主要目标。

2建筑结构设计的优化路径

2.1民用建筑模型的优化结构设计

在设计中应做到：（1）可以采取平面布置的方法，对质量中心和刚度间的差距进行合理的控制，以符合其建筑和水平荷载间扭转作用力的设计意图。（2）为防止出现应力集中的现象，尽可能不在竖直方向使用转换层。（3）对民用建筑结构设计中的尺寸、应力、强度、裂缝宽度等约束条件高度重视，保证这些约束条件和标准规范要求相符合。

2.2重视结构体系设计水平的提升

（1）异形柱框架结构的优化

在设计建筑结构的过程中，特殊情况下框架结构柱应该使用三角形或圆形柱，一般采用的形式为矩形柱，因为矩形柱具有较强的受力性，丰富的实践经验和完善的计算理论，可为其可靠安全的使用提供良好的保障。但也存在一定的问题，如果民用建筑的高度增加时也会增加矩形柱的界面要求，较大的矩形柱的界面也会影响建筑的结构布置和使用。而异形柱框架结构正好能使这一难题及民用建筑不断增高造成的不利影响得到有效的解决。

多使用钢结构

相比较于砖混结构和混凝土结构，钢结构具有较高的性价比、强度及经济效益，所以应尽可能在民用建筑中对钢结构加以使用。在使用时为防止造成结构大跨度，导致建筑结构质量问题增加，应该布置大开间，为布置建筑结构的设计提供更大的空间。另外，采用钢结构可使沙、石的用量减少，其还适用于相对软弱的地基，可使基础造价大大降低。大量的使用钢结构还对钢铁和其他新兴产业的发展起到有效的促进作用，为环境和社会产业化持续健康的发展提供坚实的基础。

下部地基基础结构设计的优化

优化设计下部地基基础结构首先应该保证选择的方案合理。如在设计桩地基基础时，应根据具体地质情况，选择适宜的桩基形式，在此过程中需要注意，因为桩端持力层会较大的影响灌注桩的桩长，所以应该综合分析比较多种方案后再对最佳方案进行确定。

合理选择预应力大板结构技术

预应力大板结构指的是把梁（1根）布置在柱间，并把楼板以预应力大板代替，在预应力大板上直接对隔墙进行布置的结构类型。当前随着预应力大板结构技术的应用越来越成熟，其也具有了广泛的适用性，还较多的应用在平面设计和装修改造中。另外，如果在具体的应用中有效的结合预应力宽扁梁和大板结构技术的相互转化作用，可使建筑楼层的净高度得到较大程度的提升，达到室内环境美化的目的。 3建筑结构设计优化应用到房屋结构设计中的具体措施

3.1加强房屋建筑防震安全结构设计

一般条件下，具备良好延性的分支体系通常是构成房屋抗震结构系统的主要内容，房屋结构的各个构件通过延性较好的构件进行连接可提高其抗震性能，如通过剪力墙与延性框架两分体的连接可构成建筑的框剪结构；另外，在结构体系中，采取对称、刚度均匀的布置形式是降低地震灾害的有效方法。通过结构的延展性设计可有效降低因地震灾害造成的房屋建筑脆性破坏。

在特大地震作用中，通常会伴随多次小、余震灾害的出现，据此可通过在房屋结构中设置一道防震线降低灾害损失，对于次要构件，可设计在地震先破坏的位置，并以此消耗地震能量达到保护重要构件的目的。进行房屋结构设计时，应尽可能地提高防震冗余度要求，并且建立结构体系屈服分布状态，最大程度地降低或消耗地震灾害的作用力。综上所述，进行房屋建筑优化设计时，可综合利用各项防震技

术措施显著提升其抗震水平。

3.2加强数字技术应用

随着数字技术尤其是计算机的快速发展，传统的计算分析和图纸逐渐被数字化技术取代，在结构设计参数影响分析和快速设计结构方案时，数字化技术表现出了良好的适用性与可靠性。例如，可利用GAMES软件构建模型，该软件具有操作简单、处理快捷等优点，并在混合整数、线性及非线性优化方面有广泛的应用价值。另外，可利用TBCAD等软件进行科学、有效的建模分析和方案的优化，从而更加直观、准确地展现建筑结构形式。数字化计算机软件为处理结构优化设计的必备工具，在处理解决各种复杂情况时表现出了较强的使用功能。

3.3优化设计房屋的细节

“细节决定成败”，在优化设计房屋结构时，设计人员要特别注意优化细节的处理。比如，在设计空调板时，设计人员要保证空调板的合理性，要方便安装人员进行安装，避免其处于危险之中，还要方便对空调机的维修；对阳台高度的设计，要充分考虑到房屋的用途进行设计，如果是居民楼，就要充分考虑小孩子的身高，要将其设计到1.2米以上为好，避免低龄幼儿出现危险。在结构的设计中有着很多相似的小细节，这就需要设计人员能够重视到这些小细节，而不是图省事，要认识到自身工作的重要性。必要的情况下，设计人员还有必要到施工现场进行实地勘察，保证设计的质量。

结语

总之，设计人员在进行结构优化时，应结合经验充分利用优化技术确定科学、合理的方案，尽可能地降低资金投入，提高项目经济性能。在实际工程应用中，虽然结构优化设计还存在各种各样的困难，但是经验越丰富的设计人员应利用现有技术方法和经验推动结构优化设计的进一步发展。

参考文献：

[1]周伟鹏.建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的有效应用[J].工程技术研究，2018（11）：156-157

[2]宋尧.建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的应用研究[J].中国高新区，2018（14）：184.