簡論建筑結構設計優化技術方法的應用

王洪偉

【摘 要】 建筑在我國擁有著悠久的歷史和博大的內涵，但是隨著時代的發展，對待建筑的視角與眼光應該放的更加長遠，且應該進行結構的優化。我國的國土面積廣、民族多、人口多，但是由于時間的沉淀，我國的建筑已經漸漸有了模式化的傾向與趨勢，而我國的這些特點又為建筑的優化提供了一個潛在的廣闊的市場。

【關鍵詞】 建筑結構 優化設計 技術

建筑是凝固的藝術，建筑師總是希望通過建筑物表達自己的設計意圖，力求藝術性和實用性的完美結合。結構師在保證安全性的前提下，當然應該敢于挑戰新的結構形式，使建筑師的意圖得以實現。在建筑結構設計的過程中，在基本滿足建筑師設計意圖的基礎上，平面布置應盡量規則，對稱，盡量縮小質量中心和剛度中心的差異；使建筑物在水平荷載作用下不致產生太大的扭轉效應。豎向布置上，在滿足功能要求的前提下，盡量使豎向承重構件上下貫通；能不使用轉換層的就應避免使用，以減小結構分析和設計上的困難，另外也不經濟，還容易造成應力集中；豎向剛度最好不要突變，而要漸變，否則突變處在水平荷載作用下會出現嚴重的應力集中現象，這對結構抵抗水平動力荷載是十分不利的。

一、 建筑結構設計優化方法的應用

1、結構設計優化方法的應用。結構設計優化方法和技術的應用具體體現在房屋工程結構總體的優化設計和房屋工程分部結構的優化設計兩方面。其中房屋工程分部結構的優化設計包括：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含選型、布置、受力分析、造價分析等內容，并應在滿足設計規范和使用要求的前提下，結合具體工程的實際情況，圍繞其綜合經濟效益的目標進行結構優化設計。

2、結構設計優化方法的實踐價值。筆者認為，在滿足建筑結構長遠效益的前提下，應盡量減少建筑結構的近期投資并提高建筑結構的可靠度和合理性。與傳統設計相比，采用設計優化技術可以使建筑工程造價降低5%～30%。優化技術的實現，可以最合理的利用材料的性能，使建筑結構內部各單元得到最好的協調，并具有建筑規范所規定的安全度。同時，它還可為建筑整體性方案設計進行合理的決策，優化技術是實現建筑設計的“適用、安全和經濟”目標的有效途徑。

二、建筑結構優化設計技術中存在的一些問題與不足

1、優化設計創新不徹底

結構優化設計是上世紀六十年代以后出現的一種設計方法，結構優化設計的任務，就是以數學規劃為基礎，運用計算機技術，從眾多的可行設計中，選出相對最優秀的設計方案。它的出現，使工程結構設計由以往被動的安全校核轉化為積極主動的選優設計，更進一步的實現了設計的最終目標——安全。但是就目前情況而言，事態并沒有預想的發展的那么順利，在經歷了幾十年的發展之后，現階段的建筑結構優化設計技術在優化設計創新方面并不是很徹底，部分原因是一些人還在堅持舊有的設計模式，認為優化設計在眾多的設計方案中選擇最優的一種是一種‘浪費，時間、精、方案的浪費。還有部分原因是一些設計人員的思維模式在經歷了眾多的設計方案之后變得有些僵化，有些模式化，對創新失去了一定的敏感度。

2、優化設計技術人員素養跟不上

建筑結構優化設計技術人員是建筑結構優化設計的主體與主導，在優化設計行為中占據著關鍵作用，建筑結構為人所設計，建筑結構優化的具體實施也為人所運作，其更是為人所服務，建筑本身只是一個存在物，其設計與實施都與人脫不了干系。但是就目前情況而言，人員方面仍然還存在著一些問題，除了上述的創新意識不夠之外，最大的問題就是技術人員的素養問題，包括工作素養與生活素養及個人素養等等，工作素養表面上看似與個人的素養與態度沒有多少關系，其實其中蘊含的關系是相互聯系、相互作用的。現今很多人說選擇了一個職業其實是選擇了一種生活方式，若是對工作不滿意，難免會敷衍過關。

3、片面強調節約投資從而降低了技術和質量標準

建筑結構優化設計具有經濟性，其經濟性是市場經濟條件下對資源配置提出的新要求。經濟性是指通過建筑結構的優化設計，最大化的節約各種材料資源，達到減少建設成本的目標。另外，各種材料資源都存在一定的稀缺特性，建筑結構的優化設計能科學合理的減少材料的使用量，節省建設材料使用成本。在這結構優化倡導中，難免會有些人乘此機會做出另一種形式的‘優化設計，很多建筑企業的設計理念本就是以節約為本，在此背景下，不難想象會出現片面強調節約投資，從而降低技術和質量標準的現象。

三、結構設計優化技術在建筑結構設計中的應用

1、直覺優化（概念設計優化）技術與建筑結構設計。對于同一建筑方案，可以有許多不同的結構布置設計；確定了結構布置的建筑物，即使在同種荷載情況下也存在不同的分析方法；分析過程中設計參數、材料、荷載的取值也不是惟一的：建筑物細部的處理更是不盡相同，這些問題是計算機無法完全解決的，都需要設計人員自己作出判斷。而判斷只能在結構設計的一般規律指導下，根據工程實踐經驗進行，這便是前面所說的概念設計。因此，概念設計存在于設計師對多種備選方案進行選擇的過程中。

2、概念設計處理的實際建筑設計問題。概念設計所要處理的問題多種多樣。但可以肯定的是希望通過概念設計，建筑結構能在各種不期而遇的外部作用下不受破壞，或將破壞程度降至最低。因此，分析如何應付建筑物可能遭遇的各種不確定因素成為概念設計的重要內容。其中，地震作用最為難以琢磨，破壞性也最大。故而，建筑設計過程中就應該未雨綢繆，從計算及構造等各個方面都要采取一些有助于提高抗震能力的措施，不利于抗震的作法則應盡量避免。剛度均勻、對稱是減小地震在結構中產生不利影響的重要手段；延性設計則能有效地防止結構在地震作用下發生脆性破壞；多道設防思想能使建筑在特大地震作用下次要的構件先破壞，消耗一部分地震能量。這些抗震設防思想在整個設計過程中都應該作為概念設計的重要指導思想。