建筑結構設計優化方法的應用

戴 苗

(中信建筑設計研究總院有限公司，湖北 武漢 430014)

日前，隨著我國社會市場經濟的日益完善，城市化建設也十分完善，因此建筑物的經濟性能受到越來越多人的重視。因此，盡可能使用最少的材料或者最少的造價成本來建造出滿足國家規范和設計使用要求的建筑物，是現今建筑行業人士的追求。但同時，我們需要保障建筑物的安全性能，所以在這種背景下，建筑結構的優化設計作用就體現出來了。建筑結構優化設計并不是簡簡單單的減少混凝土材料用量和鋼筋等的用量，而是要需要通過不斷調整各構件剛度之間的比例關系，做到充分利用各構件的受力作用，發揮它們各自的優點長處，使建筑物的整體結構達到最優。

1 建筑結構設計優化的作用

在進行建筑結構設計的過程中，我們首先需要考慮的是設計出來的建筑結構如何滿足安全使用效益的長遠性，當這個問題得到很好的解決時，再思考如何提高建筑結構設計的合理性和經濟性，盡可能的優化建筑結構設計的合理性和經濟性。目前所常用的建筑結構設計方法能夠在建筑結構設計中取得一定的成效，可以有效的降低建筑工程施工成本，大約可以降低10%～35%的效果。此外對建筑結構設計進行優化，能夠將建筑材料的利用率和有效率提升到最大程度，能夠保證建筑的各個使用空間與建筑結構達到相互協調的效率，同時也能夠滿足國家設計的標準和國家建筑物質量安全管理規定的要求。通過對建筑結構進行優化設計，可以完善原來設計的建筑物結構。因此建筑結構設計優化方法對建筑結構設計有著十分重要的作用。

2 建筑結構設計優化的特點和要求

在實際建筑工程中，對建筑工程結構進行設計時，不僅需要考慮建筑物的使用功能和建筑安全性能，還需要通過設計使建筑物結構設計盡可能達到完美的效果，這一系列過程就是對建筑結構進行優化設計。建筑結構設計優化方法重要包括兩個方面，即建筑總體工程結構設計的優化和建筑各個部分的結構設計優化。建筑工程項目的整體設計，項目的前期設計，建筑結構抗震設計和舊建筑物的改造都可以通過建筑結構設計優化的方法來實現。在建筑工程設計中，在設計前期就應該重視對結構設計進行優化，針對現場的實際情況，擬定多種設方案，然后分析討論后確定最佳方案。在建筑結構設計過程中，應當靈活使用多種方案，對建筑工程中涉及的方案進行優化設計。

3 建筑結構設計優化方法的實現實現

3.1 結構優化模型的確立

通常在建筑結構設計優化方法在應用的過程中，需要三個步驟來完成。第一個就是確定好建筑結構設計的變量。在實際建筑結構設計中，把影響建筑物結構的參數當成設計變量，包括目標控制參數、約束控制參數等設計變量。在結構設計中，有些設計參數變化不大，一般將其設置為預定參數。通過這種辦法，就能夠降低設計、編程和計算方面的工作量。在設計中，先預算建筑截面所需要的鋼筋量，選擇合理的鋼筋配比，降低建筑工程造價。在確定建筑結構約束條件時，將建筑結構設計中的實際約束力條件和計算約束條件進行對比分析，選擇可以合理的約束條件，使得各個約束條件能夠滿足建筑結構設計的規范要求，從而優化建筑結構設計。

3.2 優化設計方法的設定

在實際建筑工程中，對建筑結構設計進行優化方法的很多。因為在建筑結構設計中對建筑結構設計優化方法中的使用過程存在很多變量和非線性約束力。這些問題使得在設計計算的過程中，通常采用的方法就是將約束力優化的問題轉化為無約束力問題進行求解。比如Powell法、拉式乘子法及復合形法等計算方法就經常使用在設計優化的過程中。

3.3 程序設計的完成

在結構優化模型的選擇和優化設計計算方法的基礎上，建筑結構設計的優化方法需要在選擇計算的基礎上完成具有快速運算速度和完整功能的綜合程序的編制，結構優化模型和高可靠性優化設計計算方法。

3.4 優化設計方法的結果分析

建筑工程結構設計中，在進行上述步驟的過程時，有必要分析在各個方面可能出現的問題。由于房屋建筑的建設本身是一項耗資巨大的建設工程，施工過程中涉及的環節多樣且復雜，因此有必要對建筑結構進行總體規劃和考慮。不能僅僅為了追求建筑結構設計的成本，而忽視建筑結構設計優化。此外，在進行建筑工程投資控制的過程中，還必須處理好經濟和技術之間的問題。在設計過程中，不僅要對建筑工程設計節約成本，而且要注意建筑結構設計的技術要求，并且要時常對建筑結構設計的技術進行改進。建筑結構設計中，真正的優化設計方法應當在兼顧技術要求和設計資金節約。

4 結 語

綜上所述，隨著現代化建設進程的不斷深入，對建筑結構優化設計是社會發展的必然趨勢，符合社會發展的需要。建筑結構設計的優化方法在房屋結構設計中的使用十分廣泛，對提高建筑行業的發展有著推廣價值。因此我們需要不斷加強對建筑結構優化設計方法的研究，掌握建筑結構設計優化的具體方法和應用，最大可能的提高建筑結構設計的質量，推動我國建筑行業蓬勃向上發展。