建筑结构设计优化设计和现实意义论文

浅谈建筑结构设计的优化设计和现实意义【摘要】对于工程造价，建筑物的结构设计起着至关重要的作用，尤其是不同的设计方案和不同类型的建筑材料对于工程造价会产生很大的影响。

所以建筑物的结构优化的重要性不言而喻，本文将对建筑物结构优化设计的方法，以及对需要进行优化设计进行简单的分析与构想，并且简单阐述一下结构优化的现实意义。

【关键词】结构优化设计的方法；基础优化设计；现实意义
近些年来，人们对生活条件和居住环境的要求越来越高，土地的价格水涨船高，促使开发商的建筑成本不断的增加。

人们越来越注重生活的品质，对建筑产品也越来越挑剔，使得开发商只好不断创造新的消费手段服务消费者的需求，为了追求经济利益与在众多竞争者中挣得一席之地，降低工程造价迫在眉睫，为了实现这个目标就要就要充分利用结构设计的优化设计方法，使有限的空间得到最充分的利用，有限资源发挥最大的利用价值。

1 结构优化设计的方法
优秀的建筑是美观与优化结构设计的相互配合，它还需要满足人们对房屋结构安全性能、经济性以及设计的合理需求。

所谓的结构优化设计方案，就是结合原来的设计方案、新的工艺和设备、新材料的投入，对局部的设计进行改变，不仅要满足技术和功能可行性的要求，还要节约材料使工程造价明显降低。

2 建立结构优化设计的模型
运用合理的并且科学的方法从诸多变量参数中选出重点的参数
并建立函数模型从中得出最佳方案就是结构优化设计。

如何建立优化结构模型呢？笔者认为，首先要选择合理适当的设计变量，因为各种设计变量的选择对设计要求的影响是巨大的，起着无可取代作用。

在设计的过程中将所涉及到的所有变量按照其自身重要性进行划分归类，一些变化不大的参数可以定为预定参数，通过此项工作能减少很多计算和编程的工作量。

其次，要确定选定的函数。

房屋结构可靠度优化设计的约束条件，包括了应力约束、裂缝宽度约束、结构强度约束、尺寸约束、从正常时的极限状态下弹性约束到终极状态的弹塑性约束、从可靠指标约束到确定性约束条件等。

①所以在建立结构优化设计的过程中，不仅要确保各种约束条件必须符合既定标准，还要找到符合条件的最佳解，并确立约束条件。

3 选择结构优化计算方案
结构优化设计是个非线性的优化问题，在设计中不仅要从变量和约束条件中寻求最佳点，更要运用各种计算方法进行编程，这样才能得出最终的优化设计结果。

3.1 需要进行优化设计的主要部分
在建筑结构优化设计中，不同方案和不同建筑材料的选择对工程的造价都会造成不同影响，尤其是在基础类型的选用、开间的确定、层高与层数的确定以及结构形式选择等方面都有着重大关系。

据统计，在满足同样功能的条件下，经济合理的优化设计可以使工程的造价降低10%左右。

基础、柱、墙体、楼板、梁、屋面板等是建筑结构的主要组成部分，这几个部分在工程造价中所占的比例也
不相同，结构优化设计时对工程的造价影响也不相同，所以在优化方案设计过程中的侧重点也不尽相同。

3.2 基础结构的优化设计
基础结构在整个建筑物工期的1/4左右，并且总造价也占到总造价的10%-20%，所以基础工程结构的重要性事显而易见的。

而且基础结构工程的造价还与地质条件是密切相关，设计时对地质勘探报告要求也是极高，要选择合理的基础形式、控制好基础的截面尺寸和埋深，能相对减少基础结构在总工程造价中的费用。

3.3 柱网布局和柱子截面的优化设计
柱网布局确定着柱子的行距和间距（同行相邻的两个柱子的间的距离），柱网的尺寸一般来说在6到12米之间，如果柱距小那么其传力路线就短，上部结构的材料就能节省，但是这可能使基础费用高，所以说柱网布局是否合理，对工程的造价有很大的影响，另外，柱子的截面形状和大小对工程造价也有着直接的影响，所以合适的柱网布局、柱子截面的形状及大小的选择对工程造价的影响是很明显的。

3.4 梁的优化设计
在结构设计时通常采用矩形截面梁当做受弯梁，但是这种情况下材料的利用率较低。

因为，首先，在靠近中和轴附近的材料的应力较低，再者，梁弯矩会沿梁长变化而变化。

由于截面梁大部分区段的应力较低，材料都不能得到很好的利用，要想提高材料的利用率，在设计时可采用平面桁架来代替矩形梁，此时平面桁架就相当
于掏空梁，掏去了梁中多余的材料，减轻了其自身的重量，这样既经济又实用，而且，还可以用它来发展成为空架网架，从而大幅度地提高材料的利用率。

4 钢筋和砼的优化设计
建筑中如果想有利于施工，就不仅要对结构设计进行优化，更要对砼的标号和钢筋的型号进行选择。

施工过程中采用的梁、板和柱型号不同，就会使施工的难度增加。

钢管砼结构就是将砼填入到薄壁的圆形钢管中形成一种新型结构，把这两种材料结合起来后，在内填砼的作用下使得钢管壁的稳定性增强，从而具有更好的抗压强度和抗变形的能力。

钢管砼结构和钢结构在自重和承载力相同或相近时，钢管砼结构要比钢结构节约将近50%的钢材，这就大大地节约了工程成本；同时与普通的砼结构相比，在保持钢材的用量相近和承载力相同的条件下，构件的截面面积也将减少50%，同时，材料用量和构件本身的重量也将减少50%。

5 结构设计优化的现实意义
5.1 结构设计优化有利于降低工程总成本
近些年，高层的建筑物逐渐增多，高层建筑与普通多层建筑相比，主要区别在于它的占据空间大以至于单位建筑面积占用的土地小，这样就减少了用地成本，但随着高度的增高，层数的增多就会产生楼与楼之间的间距不协调，之前的占地节约量就与建筑层数不成比例。

所以不能一味的去追求高层的高度，更要协调单位占地面积与总造价两者之间的比例。

不仅如此，一个高层建筑不论层数多
高都只有个楼顶，这就使得建筑造价明显下降，而基础部分是每个楼层都要拥有的，所以随着层数加大，基础部分的造价会有所增加。

所以关注的主要焦点在于基础部分的建筑设计，这样对于基础部分进行结构设计优化就能促使整体工程建筑成本降低。

5.2 结构设计优化有利于加强建筑物的整体经济性能
高层建筑物的层数增加会导致整体框架的梁和柱的承载能力增加，进而墙体面积和梁柱的体积就会加大，结构所呈现的自重也会有所增加，整体房屋配置，例如水管、电线、暖气管道就会加长。

而普通多层建筑物就相对比较节约建筑材料，不仅能提高抗震强度更能使得建筑物之间的日照距离等符合国家规定，这就使得其间接性的节省了建筑用地。

而且高度不同，墙面的范围也就不同，这样当选择圆形或是越接近方形时，外墙周长系数是越小的，所以，不仅基础部分连外墙砌体、内外装修表面都会随之减少，这样其受力性能也将得到有效提高，从而就增强了建筑的整体经济性能。

6 结束语
综上所述，建筑物的结构优化设计是建筑前的控制与构思，也是一个系统的工程，与传统结构设计相比而言，采用结构设计优化方法可以使工程的总造价降低6%-34%。

②优化方法中的技术性分析，不仅使各种建筑材料得到了最充分的利用，而且还可以建筑物结构内部各个单元的功能相互协调，这样的建筑美观和实用，而且大大节省工程造价降低了成本，从而达到了建筑工程设计标准，使工程在的适用、经济、美观、安全和便于施工的要求，满足消费者
的需求。

通过优化设计手段进一步加深对结构优化设计在工程造价控制中的重要性认识，创造合适的条件，确定合理的目标，采用科学的控制方法，各个方面达到最佳结合，降低工程的总造价，这不仅符合现今建筑商对于建筑结构效益的追求，也是市场可持续发展的需求，更是适应绿色环保的要求。

参考文献：
[1]肖伟.通过房屋结构优化设计提高房屋抗震性能[j].福建建筑，2009（1）.
[2]张红友.优化结构设计减少建筑投资成本[j]. 陕西建筑，2008（11）.。