優化建筑結構設計的措施

姜振海　梁勝利

摘 要：從建筑結構設計的角度來說，通過合理的結構設計優化不僅可以促進建筑物造型、外觀以及功能的提升，同時還能有效提高結構的受力性能，節省施工材料的同時，降低施工的成本。在進行建筑物結構設計的同時需要采取適當的策略對結構進行優化設計，在保證建筑物功能的基礎上，保證建筑物的各項性能和指標都達到設計要求，同時提高建筑物的穩定性和安全性。文章重點就優化建筑結構設計的措施展開詳細的分析，希望可以提高建筑結構的設計質量。

關鍵詞：建筑結構；優化設計；措施

1 引言

實用性與安全性是建筑結構設計的基礎，而隨著建筑技術的發展，現代建筑結構設計中不僅需要考慮房屋的安全性與實用性，還需要考慮房屋的美觀性與經濟性，同時還要兼顧施工的便利性，能夠按期的保質保量的將藍圖變成實物。因此，在結構設計過程中，必須對建筑結構設計進行優化，從而實現以上要求。

2 建筑結構設計優化的概述

建筑結構設計優化，就是通過科學的計算方法和優化措施，對實際工程中的建筑結構進行全面的研究，使建筑的總體結構以及建筑各個分部銜接得到完善以及優化。通過對建筑結構進行優化設計，優化后的結構不僅能夠提高結構的安全性，同時能夠把社會中所具有的價值學以及審美學完美的結合起來，從而提高結構設計的水平，促進建筑設計應用的整體性協調發展。建筑結構設計優化的主要目的是使建筑的設計方案更加科學合理，在滿足安全和抗震的前提下，提升房屋的實用性、經濟性、美觀性。

3 建筑結構設計優化的要求

3.1 安全性要求

對于建筑物結構來說，其最為基本的要求就是安全，只有保證建筑物的安全是結構設計的主要目的和基本要求。根據我國的《建筑抗震設計規范》中的要求，結構設計當中的抗震基本要求是“小震不壞，中震可修，大震不倒”，對于結構的設計來說是非常重要的準則。在進行結構設計優化時需要對建筑的整體以及其中的每一個構件都進行有效考慮和分析，促使每一個構件的受力都是可靠的，進而有效保證整個建筑物結構體系的安全性。

3.2 經濟性要求

在進行建筑結構設計時，有效保證建筑結構的安全性是最為基本的，同時經濟性也是非常重要的一個指標，因此，在進行優化設計的時候需要針對結構設計的經濟性進行充分考慮。結構設計的經濟考慮從建筑發展歷史中就可以發現，從最為原始的石材到水泥的使用，再到當前的鋼結構的使用，都是為了在提高建筑的經濟效益的同時，對結構進行進一步有效優化，達到自重輕、受力合理、造價低。例如工字梁的產生也是其中非常重要的優化措施，在保證結構穩定性的同時，節省了大量的材料。

3.3 功能性要求

對于建筑物來說，其使用功能是非常重要的，進行結構優化設計的時候需要對使用功能進行充分考慮，使得建筑物滿足功能性的基本要求。比如說，對于一些特殊功能的建筑物有很多特殊的功能需求，銀行使用的建筑物要求要有金庫，在進行結構設計的時候需要對金庫的結構、位置、出入口等進行優化設計，對于的荷載計算式，一般活荷載取值為10kN/m2，只有保證了建筑物功能才能更好進行優化設計。

4 結構設計優化技術應用步驟

4.1 建立優化模型

對房屋整體結構進行優化時，通常情況下采用以下三個步驟完成：

（1）選擇合理的設計變量。結構設計優化人員應該重點選擇對房屋結構影響較大的參數作為設計的變量。例如約束控制的參數、目標控制的參數，具有包括結構可靠度、工程造價、損失期望值等指標。在結構優化過程中，對部分變化幅度不明顯、影響程度不高的參數或者部分采用特定的參數就能滿足要求，設計人員可以事先預定參數進行設計，這樣設計人員在計算、設計、編程的過程中可以大大的減少工作量。

（2）確定目標函數。在優化的過程中，設計人員需要設定能夠符合預定條件的鋼筋截面積、構件幾何尺寸以及其對應的失效概率，從而使得成本控制最優化。

（3）確定約束條件。房屋結構的安全性與可靠性是房屋結構設計的基礎，是優化的前提條件。因此在函數設定的過程中，必須設定相應的約束條件。房屋結構設計優化的約束條件通常包含以下幾個方面內容：尺寸約束、裂縫寬度約束、構件單元約束、結構強度約束、應力約束、可靠指標約束、結構體系約束、確定下條件約束、彈塑性約束、極限狀態約束等。在優化過程中，設計人員必須將實際項目情況的約束條件與假定的約束條件作對比，確保所設定的約束條件能夠滿足實際工程需求。

4.2 方案設定、程序設計與結果分析

以可靠度為基礎的房屋結構設計優化具有非線性以及多條件、變量復雜的特點，在優化結構計算的過程中，通常情況下將具有約束性的優化轉化成為無約束性的優化函數進行計算。目前，我國結構設計優化中常用的計算方法有：復合形法、拉氏乘子法、Powell法等。

隨著計算技術不斷應用于設計領域，將基于可靠度進行的房屋結構設計優化方案以及選用的符合工程實際情況的優化計算方法運用計算機語言編制相關的程序，從而提高優化設計的運算速度以及滿足結構優化的各項功能需求。

在選定優化計算方法、建立相應的優化模型與優化程序的基礎上，對結構設計進行優化。設計人員通過所編制的程序對方案進行處理后，必須對程序運行的結果進行比較分析，選擇最佳的優化方案。在結果分析的過程中，結構優化人員必須對各個影響因素進行整體綜合性考慮，多角度、全方位地考慮優化方案。優化方案結果分析對結構設計優化及其關鍵，對結果進行有效的分析能夠從中選擇安全性、實用性、合理性以及美觀性有效協同的方案，同時，可以降低建筑施工難度，加快施工進度，降低建設投資。在優化過程中只考慮經濟效益，忽略對技術方面的考慮是不正確的，在優化的過程中應該將兩者相互統一，形成有機整體進行綜合優化。

5 結語

結構設計的優化即是順應市場發展的要求，也是市場更高要求的體現。建筑結構設計要注重結構設計人才的引進和培訓，同時與時俱進、引用先進的計算機技術和工具，優化建筑結構設計工作，切實提升建筑結構設計的水平，進一步帶動行業發展環境的優化和發展水平的提升。

參考文獻：

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