淺論建筑結構的優化設計

王繼收

摘 要：建筑結構優化設計在房地產的成本精細化管理中占據著十分重要的作用，經過對建筑結構的優化設計，不僅可以有效的提高建筑物地安全度，且還可有效的降低工程的造價，使建筑產品具有更高的性價比，還能有效的實現投資效益的最大化。因此，加強對建筑結構的優化設計刻不容緩。

關鍵詞：建筑工程、工程結構、優化設計、設計階段

前言：隨著城市化進程的不斷加快，高層建筑得到了迅猛的增長，建筑物的商品化形勢也是逐漸加快。為實現利潤的最大化，必須要做好相關的結構設計及規劃工作。本文主要對建筑結構的優化設計進行分，為結構設計者進行結構優化設計提供參考。

一、案例工程概況

AB本工程位于M省R市，業主要求建一幢28層（地上27層，地下1層）的高層建筑，總建筑高度82.6m，根據《建筑抗震設計規范》（以下簡稱《抗規》）GB50011-2010中表6.1.2，抗震墻結構高度小于80m時，抗震等級為四級，大于80m時，抗震等級為三級，最后經過溝通，確定為27層的設計方案，其中地上26層，地下1層。總建筑面積達到10138.19m2，高度達79.60m。

二、建筑結構優化設計的原則

建筑結構設計不僅包括建筑結構的本身，還包含了建筑的經濟效益及居住舒適度、建筑空間的使用率等。因此，建筑結構設計需要按照一定基本原則。

1、使不規則建筑平面布置產生規則結構效應的原則

在建筑結構優化設計中，需要按照不同的功能要求，經過對調節墻柱布局及墻肢長短，使得建筑結構達到經濟結構及安全使用的目的。

2、提高建筑居住的舒適度原則

建筑居住的舒適度是建筑結構優化設計的出發點和落腳點。為提高建筑居住舒適度應該從建筑結構、裝飾裝修、電氣安裝等各方面進行整體優化設計。

3、保證建筑結構整體安全度的原則

建筑結構的安全性主要體現在建筑的抗震設計，其標準已在我國的《建筑抗震設計規范》被提出。因此需要保證結構設計涉及到的每個部件承載能力的可靠性，最終到達建筑結構安全經濟耐久的目標。

4、降低建筑結構造價的原則

在建筑結構工程的施工中，必須要對工程結構進行優化，保證建筑結構整體性能達到指標的前提下，盡可能的降低建筑的經濟成本，進而有效的促使企業獲取更大的經濟效益。

三、建筑結構設計方案優化的主要內容

1、房屋結構周期性折減系數

對建筑物的框架結構和頂蓋等結構的設計中，計算周期一般會比實際周期大，因為在施工時，由于填充墻體的存在會導致結構的實際表現剛度大于設計剛度。所以，一旦計算出建筑物的結構剪力偏小，會導致建筑物的部分，結構安全性能降低，這時候就需要對建筑物的結構進行適當的周期性折減計算。

2、建筑物耐久性設計

在很多混凝土的結構設計中都沒有全面、綜合地考慮到建筑物的耐久性，從而導致有許多建筑設計都未能達到當初的設計目標。當建筑物的設計者遇到建筑物的其他使用功能，要求或是施工技術指標上升為設計建筑物的主要矛盾時，設計師就要放棄建筑物對經濟的單純追求，這時候往往需要根據建筑物設計所需要解決的重要性問題，挑選出適合的目標來進行優化，才能達到滿意的優化建筑結構設計方案的效果及目的。

四、建筑結構的優化設計措施

1、從建筑上分析結構設計優化方法

它主要體現在房屋工程分部結構的優化設計和房屋工程結構總體的優化設計量方面。房屋工程分部結構優化設計包括：基礎結構方案的優化設計、屋蓋系統方案的優化設計、圍護結構方案的優化設計和結構細部設計的優化設計。對以上幾個方面的優化設計還包括選型、布置、受力分析、造價分析等內容，在實施過程中，還應該按照一切從實際出發的原則，結合具體工程的實際情況，圍繞房屋建筑的綜合經濟效益的目標進行結構優化設計。進行結構設計時，應在滿足設計意圖后，盡量使平面布置規則，縮小剛度和質量中心的差異，這樣水平荷載就不會使建筑物有太大的扭轉作用。豎直方向上應避開使用轉換層，減少應力集中現象。

2、結構優化設計模型

結構設計優化就是在各種影響變量中選擇主要參數，并建立函數模型，運用科學合理的方法得出最優解。結構總體的優化建立模型的大致步驟如下：一是設計變量的合理選擇。通常的設計變量選擇對設計要求影響較大的參數，將所涉及的參數按照各自的重要性區分，將對變化影響不大的參數定為預定參數，通過這種方法可減少很多計算編程的工作量。目標函數的確定。使用函數找出滿足既定條件的最優解。最后，約束條件的確定。房屋結構可靠度優化設計的約束條件，包括了應力約束、裂縫寬度約束、結構強度約束、尺寸約束、從正常時的極限狀態下彈性約束到終極狀態的彈塑性約束、從可靠指標約束到確定性約束條件等。設計中，要保證各約束條件必須符合現行規范的要求。

3、結構優化計算方案

結構設計優化設計多個變量、多個約束條件，屬于一個非線性的優化問題，設定計算方案時，常將有約束條件轉變為無約束條件來計算。常用的方法有拉氏乘子法、符合型法、Powell等。完成計算方案的設定后只需編制相應適用的運算程序即可得到我們的最終優化結果。

4、將概念設計和細部結構設計進行優化

所謂概念設計實際上也就是指一些沒有具體的數值來進行量化的指標，包括地震作用以及其本身的不確定性等。因此在進行設計計算的時候難免會和現實產生較大的差別，正是在這樣的背景下我們才需要在對這樣一種指標進行設計和確定時選擇使用概念設計的方法，將數值僅僅只是作為輔助或者是參考的依據來進行。在這樣一種設計的過程當中更為強調的就是設計人員本身的靈活性以及應用結構設計優化方法的能力，這樣良好的結合才能夠真正實現效果上的最優化。因為細節是構成整體的單位，所以對各種設計細節的嚴格管理，也就可以實現整體的功能的有效發揮。因此，在建筑結構設計的實踐過程中，應該重視對建筑細節的處理。設計人員在注重整體設計的同時，還要加強對結構基本構件的精細設計。如盡量劃分矩形板塊的現澆板設計，增強現澆板的受力性能和避免出現拐角裂縫。

5、結構設計的抗震性

構件的豎向和平而布置是該房屋結構設計的關鍵環節，很大程度上影響了房屋的抗震性能。在布局方面，要力求簡潔和規則。另外，質量和剛度的中心接近重合是房屋結構的另一原則，從而有效的提升房屋結構的抗震性能。錯落的豎向結構設計和頭重腳輕是房屋結構豎向布局的大忌，因此，要適當調整房屋結構的中心，使其趨于最低。在豎向強度和剛度方面，要注意保證其均勻性，尤其要嚴格控制凸出屋而的部分，避免地震時因為凸出屋而的建筑物部分過高而發生的鞭梢效應。設計人員在對結構進行設計時，要盡可能的按照抗震性能要求進行，減少使用極其不規則的設計方案。

結束語：

建筑結構設計對建筑工程的整體施工有著很大的影響，將直接關系到施工可行性及使用穩定性。為保證我國建筑行業的發展，需要不斷的提升建筑結構的設計水平，設計人員需要不斷的創新，在技術理念方面不斷的學習，并總結之前的工程經驗，為我國建筑工程行業作出一定的貢獻。

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