建筑结构设计优化设计探讨

建筑结构设计优化设计探讨

发表时间：2018-06-29T15:20:40.280Z 来源：《建筑学研究前沿》2018年第3期作者：黎东

[导读] 随着建筑行业的蓬勃发展，建筑体量也不断增加。

广东博意建筑设计院有限公司

摘要：建筑工程在进行结构设计过程中，需要不断优化设计，才能提高房屋建筑的安全可靠性及经济性。在保障房屋使用功能最大化的前提下，提升其舒适性。因此，结构设计的优化设计是实现这个目标的关键环节。本文通过对建筑结构设计优化方法的重要性、设计中存在的问题及优化设计方法进行分析，供同行借鉴参考。

关键词：建筑结构设计；优化设计；问题；方法

一、建筑结构设计优化方法的重要性

随着建筑行业的蓬勃发展，建筑体量也不断增加。在人们日益追求的功能最大化、舒适度及大空间等需求的驱动下，房屋建筑结构设计的安全性及可靠性受到人们关注。在保障房屋安全可靠的前提下，如何降低房屋建筑的成本及保证房屋建筑后续的利用，满足房屋建筑后续的使用需求等问题需要通过结构优化设计来实现。由此可见，建筑结构优化设计的重要性。

二、建筑行业目前房屋结构设计中存在的常见问题

（一）房屋结构设计不利于低碳环保

目前很多建筑商在设计建筑的房建朝向、楼间距或者自然采光等方面都缺乏优化合理的设计方法。如果自然采光条件差，在我国北方城市，冬季就会增加一些散热的电气设备的使用。绿色低碳建筑本身的特点以及性能决定其自身涉及的绿色低碳的建筑理念，使得它的整个建筑系统都尽量采用科学合理的设计方案，将自然界的力量和能源应用到建筑的设计中，在整个建筑物的系统中，都会体现出绿色、环保、低碳的设计理念。在施工材料的选择上，尽可能的选择符合国家建筑行业标准的建筑材料，甲醛的含量降低在不会或尽可能不对人体造成伤害的范围，在周围小区的环境、绿化的设计、自然通风等，都能够对使用者带来环保、低碳的健康体验。

（二）设计结构千篇一律，不具备针对性

目前很多开发商认为已有的经验非常丰富，盲目的自信就导致没有对实际的地质环境进行勘探，就进行施工，这样的设计结构必然是不够完美的。建筑的设计应该根据当地的自然气候条件和人们喜好进行设计。南方和北方的气候条件差异较大，要根据实际的需求进行和理的施工与此同时，要根据建筑物周围的地形、周围的建筑物等和理的考虑采光度进行施工。

三、建筑结构优化设计

（一）构建设计模型

建筑结构优化设计是现阶段房屋结构建筑设计的研究课题，是突进建筑经济性与安全性的前提要素，在对其进行实施优化设计时，需要考虑以下方面的因素：第一，科学选择变量。通常情況下，设计师必须对整体的设计方案有初步的认知，还需要考虑到其对建筑建设的影响，针对部分重要工程参数来说，将其取值需要视作参考依据，这就需要变量供设计人员进行合理的选择。在实际设计过程中，设计师需要参考相应的参数，最好参考变化幅度相对较小，或是不需要考虑太多因素的，这样才能更好明确目标数据，从而减缓结构设计及编程难度；第二，确定函数，为了将房屋建筑成本控制到最低，设计人员需要筛选合适函数；第三，权衡建筑施工条件，对于设计师而言，他们需要从整体角度考虑房屋构件的尺寸，还有相应的结构体系，这样才能从根本上保障建筑物的稳定性。实际设计过程中，设计人员需要从建筑物的使用目的，再到施工条件，从而获取设计约束条件，然后依据建筑规范解决设计难题，最终确定最优的设计方案。

（二）明确基本的目标函数

在对房屋建筑结构进行优化设计的时候，一方面需要理清所有的建筑环节，准确预估基本的建筑材料数量、类型等，明确总的造价成本，另一方面，在一定的条件约束下，还需要选出一定数量的符合预定标准和要求的满足一定尺寸的钢筋截面面积，以及已经失效的概率函数，这样能有效的将房屋建筑成本控制在可控成本之内。

（三）约束条件的选择

要优化创新建筑结构的可靠性，要准确地确定建筑结构的定量和限制条件内容，并且按照限制条件，把建筑物相关的工程标准做到限制条件之内，这样来最优化房屋的结构设计。例如，必须要根据建筑物结构的实际情况来确定应力、尺寸和结构强度的约束。

（四）科学分析综合结果

通过一定的方式得出基本的计算结果后，我们必须将结果与最初的设计方案进行比较和分析，在保证整体建筑要求的基础上，选择一个符合企业、业主等各方要求的最佳的方案。在问题分析上，我们必须从房屋建筑整体出发，综合全面的考虑相关问题，对一些可能带来严重影响的问题可以立项研究，进行多角度的、深层次的分析，严禁模棱两可、差不多现象的存在。该流程在房屋建筑结构优化中占有非常重要的位置，选择一个科学的方案，不仅能保证建筑房屋的安全性、实用性，还能保证建筑结构的艺术性和美感性，同时，还能对建筑工程的整体投入产生有利的影响。

四、建筑结构设计优化设计方法

（一）拓扑优化方法

此方法的内涵在于，对房建结构进行优化设计的过程中，应先找出最精准的房建结构形式，并对建筑结构强度进行全面分析，采取拓扑优化方法来将建筑结构的自身重量有效降低，进而全面改善建筑物的整体性能。且在利用此方法的时候，相关设计人员应对此方法的优势进行全面分析，并采取拓扑优化方法把建筑物结构设计转化为概念性的建筑结构设计，进而在一定程度上将结构设计的逻辑性有效加大。

（二）截面优化方法

细节决定成败，通常建筑物的可靠性和安全性能最好的体现就是其结构的细节。面对这类问题时，设计者在处理建筑物截面时除了要考虑配合建筑的使用性，还要考虑建筑物截面结构的安全可靠性，对此进行科学的计算，同时对稳定性和美观度进行一定提升。如何对建

筑物截面进行优化设计呢？我们的设计者要先计算设计变量的应力特点和位移情况，再用相关结构计算软件进行再计算，最后验算和统计得出最后的数据，根据这个数据来确定调整范围，然后再进行下一步的优化设计。（三）外形优化方法

外形优化方法有助于设计员对其建筑结构框架的调整，同时对建筑内部形状进行相应的完善，从而保证其建筑结构优化的设计质量和效率。第一，设计员很有必要在进行结构设计之前对建筑物的整体状况进行科学全面的分析和调研，根据我国的现行的建筑结构设计要求进行建筑结构的调整和完善。外形优化方法能够对建筑结构外形进行一定的区分，在进行应用过程中，通过杆系结构和连续性结构的应用进行其划分。在进行杆系结构外形设计中，一般是将其建筑结构的节点进行关键点的制定，同时作为设计变量，从而保证其建筑外形结构优化设计工作的顺利进行。

五、结束语

综上所述，在优化建筑结构设计的过程中，对于各因素要充分考虑，且在具体的建筑施工中，协调整合。优化建筑结构设计，不仅可将工程项目的造价成本降低，还可以为社会增加一定的附加经济值，将资源的整体利用率提高。

参考文献

[1]杨国鑫.建筑结构设计优化新方法[J].建筑工人，2017，38（03）：41-43.

[2]贾金成.建筑结构设计优化方法及应用分析[J].建材与装饰，2017（04）：93-94.