建筑結構設計的優化設計研究

高本泰 董晗

中鐵置業集團西安有限公司 陜西 西安 710000

在建筑工程當中，結構設計是其建設過程中的重要環節之一，其設計是否合理，會對建筑質量造成巨大的影響，針對建筑的結構設計進行優化設計，能夠為我國未來的建筑結構優化設計奠定基礎，因此，有必要針對該項內容進行深入的研究。

1 建筑結構當中的優化設計流程

1.1 目標函數選擇

相關設計人員在進行建筑結構的優化設計時，必須要對建筑結構當中的目標函數加以確定，例如，建筑結構的面積參數、安全指標，建筑材料的具體情況等，對優化設計所需的工程造價進行準確的計算，設計人員應該對工程造價的方式進行選擇和判斷，在確保質量標準的前提下，對造價最低的設計方案加以選擇，從而對建筑工程的造價進行有效的控制。

1.2 變量選擇

在目標函數選擇完成以后，設計人員應該對建筑結構當中的變量進行選擇。所謂變量選擇，主要是指設計人員對設計過程中可能會造成影響的因素進行分析，例如，成本變量、重量變量以及剛度變量等，對影響較大的因素加以選擇，并對其進行準確的計算和有效的控制，從而將變量選擇的作用充分地發揮出來，在對建筑結構進行設計的過程中，對變量因素進行正確的選擇，會對建筑結構設計當中的各項內容造成直接的影響[1]。

1.3 約束條件選擇

從可靠性入手對建筑結構設計進行優化和創新，需要對建筑結構中的約束條件及定量內容進行判定，將約束條件限制在相關工程標準的范圍當中，使建筑結構的優化設計成為可能，例如，建筑結構的設計人員在對結構強度、尺寸及應力大小等約束條件加以判斷時，應該結合建筑結構的具體情況加以選擇，使建筑結構設計能夠具備更高的科學性和規范性。

2 推動建筑結構優化設計實現優化設計的具體措施

2.1 對拓撲優化措施加以應用

通過研究我國建筑結構設計當中的問題發現，目前我國的建筑結構設計在優化與創新方面具有非常迫切的需求，設計人員在進行結構設計的過程中，應該對拓撲優化方法加以應用，目前這種優化方法有很多種，例如程耿東提出的松弛法、以遺傳算法為基礎的拓撲優化等，具體是通過建筑結構的理想化分布以及剛度條件分析，將具有結構優化功能的材料離散成體單元或是殼單元，結合相關算法對結構當中的單元去留加以決定，保留的單元即可作為最終的優化方案，以此來達到優化的目的，對建筑結構的質量進行全面的提升，利用拓撲設計對結構重量進行有效的控制，提升機構設計的性能要求，使建筑結構設計的方法更具概念性和邏輯性，使設計人員能夠在建筑結構優化分布形式的探索當中，對建筑本身經濟效益進行有效的挖掘。

2.2 外形優化設計

當前階段，我國在建筑結構的設計方面需要進行有效的創新與優化，在進行具體設計的過程中，設計人員應該對外形優化措施加以應用，以固有截面優化措施為基礎，適當的調整建筑的內部形狀和結構框架，使設計的完善性得到有效的提升，以此來保證建筑結構的設計質量。

在進行建筑結構的設計時，必須要對建筑的具體情況加以了解，結合目前建筑結構設計方面的相關標準，對初步設計方案進行有效的修改，對外形優化設計的方法加以應用，應該按照建筑設計的相關標準對結構外形特征進行劃分，在設計當中，主要應用連續性結構設計和桿系結構設計，其中，桿系形式的外形設計，需要對建筑結構當中的節點坐標選擇保持重視，并將其作為設計中的變量因素，使外形優化設計中的各項要求能夠得到有效的滿足。

2.3 截面優化

對于建筑結構而言，其結構的細節設計是保證建筑安全。穩定的關鍵內容，建筑結構的設計人員在對建筑截面進行處理的過程中，必須要對截面結構的安全性及穩定性進行全面的考慮，確保截面部位運算的科學性和準確性，使截面設計的各項要求得到滿足，在對建筑截面的設計實施優化設計時，設計人員應該對設計的準確性進行增強，并根據計算數據完成各項操作活動，使建筑截面具有良好的穩固性，使建筑使用壽命得到有效的保障[2]。

3 建筑結構優化設計的注意事項

3.1 對優化的層次性保持重視

在建筑結構設計當中，優化設計體現在很多方面都有體現，在對結構進行整體優化的過程中需要對結構設計中的復雜性和層次性保持重視，特別是建筑體系、安裝設計體系以及結構體系等方面的內容，要進行重點的關注，設計人員要通過下屬體系的優化設計，使工程當中的疊加目標得以實現。

3.2 對剪力墻結構的布局進行優化

在針對建筑上部結構進行優化設計的過程中，需要對剪力墻布局的科學性保持重視，確保剪力墻具有較為均勻的質量，同時還要對樓層平面剛度及結構中心的結合加以關注，這樣能夠有效降低外部因素對建筑結構的影響，包括地震、風力等影響因素，如果建筑類型允許，可以使用大開間剪力墻結構，并增加墻肢長措施，以此來提升剪力墻的剛度需求[3]。

3.3 對設計的協調性保持注意

在對建筑進行結構設計時，應用優化設計方法，需要對各方面的協調性加以保證，有效強化建筑平面及結構之間的配合，在對結構設計當中的柱體和墻體進行設置的過程中，要保證布置能夠滿足建筑平面功能的具體需求，使建筑的內部空間得到保障，在結構設計當中，應該體現結構系統的簡潔化，這種簡潔化不管是在高度上還是在界面上都應有所體現。

3.4 重視結構設計的系統化

對屋頂和圍護系統進行優化設計的過程中，需要對多個方面的內容進行考慮，包括建筑的造價、選型和布局都要進行具體的分析，在確保結構設計能夠滿足功能需求的同時，確保承重結構的貫通，使結構設計更具備較高的對稱性。

4 結束語

綜上所述，在對建筑結構實際進行優化設計時，一定要對有效的優化方法加以選擇，使建筑結構的使用性能能夠充分地發揮出來，并在此基礎上，對資金投入進行有效的控制，使建筑的各項效益可以充分地發揮出來。

[1] 邵西順.建筑結構設計優化設計新方法探析[J].河南建材,2016,8(5):125-126.

[2] 葉發茂.淺談建筑結構的優化設計[J].中國高新技術企業,2015,4(16):112-113.

[3] 周元君.探析建筑結構設計優化設計新方法[J].環球市場,2016,6(13):242.