淺談建筑結構優化設計的應用

王 猛（南京國聯電力工程設計有限公司，南京 210000）

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淺談建筑結構優化設計的應用

王 猛
（南京國聯電力工程設計有限公司，南京 210000）

摘 要：隨著現代科學技術的快速發展，人們對物質需求越來越強烈，對市場的需求以及對各種事物的要求越來越高，其中就表現在建筑結構上，目前各種建筑的工藝越來越復雜，相應的技術越來越先進，因此對建筑結構的設計與實踐運用提出了更高要求。我們應該充分結合理論與實際，發掘新特點優勢，從實際出發，立足本質，進行好建筑結構的優化和實際部署應用，本文從建筑結構優化的意義以及優化設計的應用進行了探究。

關鍵詞：建筑結構；結構優化；實際運用

0　引言

建筑是一種藝術， 人們都是帶著審美的眼光去審查一棟建筑，建筑是從美觀的外形和結構功能設計來審判的，適用、經濟、便于施工是建筑結構設計的追求，建筑的藝術性是追求建筑的美觀、力度的美學、外型的總體效果、建筑的結構設計和建筑的藝術性完美的融合，只有這樣才能把建筑有限的空間無限擴大、有限的資源的最大發揮，實現建筑整體性的完美，建筑結構設計優化方法要遵循滿足建筑外型美觀要求、滿足建筑結構安全、合理的原則。

1　建筑結構優化設計的現實意義

隨著社會經濟的迅速發展，城市里突現的是鋼筋水泥的建筑，住宅越來越多，層數越來越高，成本明顯增高，要設法降低單位面積的成本，整體降低總成本，因此建筑結構的優化設計可以降低成本的總造價；由于建筑的層數增加，樓體結構自重相應增加，接踵而來的是水衛和點氣管線增長等一系列問題，因此建筑結構的優化可以提高建筑結構的經濟性。經過考證，結構優化之后要比傳統結構的工程造價低7%-35%左右，達到經濟高效的效果，又可實現建筑物美觀實用，在實際運用中，最合理的利用材料的性能，可以使建筑內部各單元得到最好的利用，在建筑整體造價和建設施工工期方面也有較為良好的貢獻，建筑結構優化的最終目的是實現適用、經濟和安全，實現經濟效益的最大化。

2　建筑結構優化設計應用的理論

建筑結構優化應用有兩方面的作用，一是在建筑分部結構的優化設計方面的作用，二是在房屋工程結構總體的優化設計方面的作用，兩者都有細分，例如結構總體的優化設計囊括了總體方案優化設計和細部結構方案的優化設計等，從另一方面講包含了形體結構選型、布置、機構體的受力分析、建筑整體造價分析等項目。在建筑結構優化的實際應用中，可以根據使用簡單、應用方便的原則，對建筑工程進行結構優化設計，在建筑結構設計過程中，要滿足設計意圖、平面布置規則、整體形態對稱原則、質量中心和剛度中心整體布局原則、建筑物水平荷載作用等一系列問題［1］，做到在理論上為實踐提供前提、提供理論基礎，做好準備工作。

3　建筑結構優化設計應用的方法簡介

3.1做好建筑結構優化設計的函數模型

建筑結構優化要選擇主要參數，建立數學模型（函數模型），根據科學合理的方法，得出最優的答案，從而得出最合理的優化方案，結合建筑結構的規律和自身的實踐經驗，對各方面的影響因素進行全面的綜合考慮，找出行之有效的結構方案設計，模型的建立有兩個步驟［2］，一是選擇變量，即選擇影響較大的參數，減少計算編程的工作量；二是確定目標函數，例如房屋結構，確定房屋結構的約束條件，在既定的條件下得出最優解，這種設計方法具有一定的準確性，在實際的房屋建造中具有重要的參考作用。

3.2做好建筑結構優化的方案設計

建筑結構優化方案設計是做好優化的前提，做好方案設計，設計多個變量、多個條件，編制相應的運算程序，得到最優結果。

4　建筑結構優化設計的實際應用

4.1建筑場地的合理選擇

建筑的拔地而起需要選擇合理的建筑場地，在進行建筑場地選擇中要考慮很多因素，如防護距離、建筑退界、日照間距、抗震、地段選址等因素［3］，必要時選擇合理相應的抗震措施。

4.2建筑主體結構的選擇

建筑結構的設計要遵循規則結構效應的原則，有利于降低造價，通過對墻、柱、梁的調節使不規則的建筑體型產生規則結構效應，例如剪力墻結構布置。需要進行優化設計的主要部分有很多，如基礎、墻、柱、梁、樓板、屋面板等，這些是建筑的主要構成部分，在基礎的優化設計中，選擇合理的基礎形式、控制好基礎的截面尺寸，相對減少基礎結構的造價費用，柱子的截面對工程的造價也有直接的影響；對于柱網布局和柱子截面的優化設計，確定好柱子的行間距，而柱網布局確定著竹子的行間距，因此柱網布局對工程的造價起著至關重要的作用；梁的設計，為了提高材料的利用率，在實際應用中一般都采用平面架來替代矩形梁，減輕了自身重量，經濟又實用；鋼筋的優化設計，在建筑結構的優化設計中，要對鋼筋的型號進行選擇，施工過程中鋼筋的型號不同，會造成施工的結果不同，如鋼管砼結構和鋼結構在自重和承載力相近時，前者比后者節約將近45%的鋼材，大大節約了工程成本。

4.3初期方案階段和抗震設計的應用

對于建筑結構來說，前期方案的確定直接影響到最終建筑的成本投資，而目前的市場情況是前期的方案設計部分不參與結構優化設計，而且在前期的建筑方案設計中，很多沒有考慮到主體結構的分析或者對于部分分析不到位、不精準，作為一個合格的結構設計人，應該依靠自身所基本的結構概念去布置結構方案，結合建筑空間結構和結構模型概念以及函數模型來進行方案設計。因為運用概念設計方法，在初期方案的設計中，可以根據簡單的函數模型，估算出構件的截面面積［4］。建筑結構優化還要考慮最為重要的一點，就是建筑的抗震性，在建筑抗震設計過程中，大多數建筑結構的優化設計主要按照概念設計進行工作，而軟件計算并不是建筑結構優化的主要依據，建筑的使用過程中，抗震效果是居民考慮的一個重要問題，尤其在地震多發地帶，由此看來，建筑物的耐久性、安全性、功能性是建筑結構設計的三個重點內容，在節約成本以及達到規定年限的前提下，滿足抗震功能是重中之重。

5　總結

長期以來，建筑行業發展迅速尤其是近年來，從建筑資源的整合、低投入、高產出、體現建筑自身整體工藝性、美觀性、合理性綜合考慮，我們應充分做好建筑結構設計應用工作，結合實際抓到實現自我提升，從優化技術中進行技術分析，使各種建筑材料得到充分利用，節省工程造價，達到建筑工程設計標準，，滿足消費者的需求，采用科學創新的方法，研制出更多的優化設計方案，通過科學的方法使建筑結構更適合市場的可持續發展，響應國家綠色環保的政策。

參考文獻：

［1］侯貫澤，劉樹堂，簡國威.工程結構優化設計理論與方法［J］.鋼結構，2009（08）.

［2］吳愛菊.結構設計中的概念設計與應用［J］.溫州：溫州職業技術學院學報，2007，7（02）.

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.13.119