工民建結構設計的優化分析

張 錦 容海川城鄉規劃設計有限公司

1 引言

工民建建筑設計的過程中，設計人員應全面考量住戶的需要，認真完成設計工作。在優化建筑結構設計的過程中，設計人員需統籌住戶對住房舒適、安全、功能和審美的要求，以期全面提升結構設計水平。

2 建筑結構設計優化方法概述

建筑結構設計優化，主要是應用更加科學的設計思想，選擇不同的設計方式落實工民建建筑設計方案，確保建筑物呈現最為理想的設計效果。建筑結構設計優化主要由整體優化和內部細節優化構成，一項建筑工程由多個部分組成，經建筑設計人員優化設計后，建筑整體優化決定了建筑的層次和品質。整體設計優化的過程中，設計人員要結合建筑自身的主要特征，根據周邊的環境來調整建筑優化設計方案，增強建筑物與周圍環境的協調性。整體優化設計后，建筑物的審美價值顯著提高，可以營造更加協調與和諧的視覺效果。此外，設計人員應始終堅持精益求精的理念，以創新的視角和長期可持續發展的理念，思考和解讀問題，從而真正實現優化設計，使建筑與社會發展和環境建設相適應，增強建筑結構的穩定性，發揮出工民建建筑的功能。

3 建筑結構設計優化的原則

3.1 功能性原則

在建筑結構設計中，高效發揮建筑的功能尤為關鍵。建筑的使用及建筑完工后所產生的經濟效益全面展現了建筑的功能性。而優化建筑結構設計能夠確保建筑結構的合理應用。如在銀行建筑的結構設計中，需深度考量結構的安全性和穩定性，保證安全通道功能完善。同時，設計人員還要重視結構的承載力。銀行建筑的要求特殊性較強，建筑材料需具備較大的承載力和強度，以增大結構安全系數。

3.2 安全性原則

建筑結構設計時，每個環節都會對結構設計的安全性產生影響，結構設計中要與工程施工有機結合，若設計方案無法應用于工程實踐，則設計方案也無法體現其作用與價值，進而消耗大量的資金和資源，降低工程的經濟效益。

3.3 綠色環保原則

現如今，人們的生活品質明顯改善，綠色環保型建筑材料也得到了廣泛應用。在建筑結構設計中，合理應用環保材料有利于提高建筑工程的品質，減輕環境污染，降低資源消耗，而且也可保障住戶的居住安全，最大限度地規避二次污染。

4 建筑結構設計中結構域優化設計流程

4.1 創建結構優化模型

所謂建筑結構優化模型，主要是選取關鍵參數，并以此為基礎建立函數模型，最終得出最優解。建立模型時，先要合理選擇設計變量，其不僅關系到結構設計優化模型的建立，還影響著所選的參數。科學選擇參數變量可適度減少計算,使得設計更接近實際受力情況，以增加結構可靠性。再者，要明確滿足目標函數要求的最優解，之后確定約束條件（尺寸、強度、應力和彈塑性等）。建筑結構設計優化中，務必合理確定約束條件，使其高度滿足工程設計的基本要求。

4.2 編制優化設計方案

結構優化設計中，約束條件和變量參數均為結構優化的重要影響因素。因此，在優化設計中需全面考量變量因素，根據實際選擇計算方法完成結構優化。在參數計算的過程中，根據計算結果，采取措施合理調整結構方案實現優化設計目標，促進優化設計的有效開展。

4.3 結果分析

結構優化設計中，結果分析尤為關鍵，認真分析計算結果并依據數據信息，制定完善的優化設計方案。結構優化設計時，需考量存在的不利因素，從而改進結構優化設計質量。工程的實施會消耗大量的資金和資源，而降低資金和資源消耗量是工程結構優化設計的主要目的，與此同時，還需注重結構的穩定性和安全性，以期為業主提供更加優質的居住空間。為此，設計人員應采取有效措施平衡經濟和技術元素，解決經濟與技術之間的矛盾。在優化技術的同時，減少資金消耗，正確解讀應用先進技術所帶來的經濟效益。

5 建筑結構優化設計的應用分析

5.1 整體及結構優化

建筑結構優化設計中，整體優化主要由工民建建筑設計體系、結構體系和安全體系的優化組成。結構優化主要是實現分系統和子系統的優化設計，以期充分滿足業主的個性化需求。另外，建筑結構設計中采用多種的構件及材料，設計人員還需要做好結構選型工作。若要更加有效地應用設計方案，就必須立足整體，統籌整體和局部優化設計。

5.2 壽命及分段優化

采用建筑結構優化設計可延長建筑的使用壽命，增大建筑的經濟效益。建筑結構設計的時效性較強，建筑物的結構形式、材料結構和技術應用也隨著時間的推移發生了較大的變化，且不同的階段對建筑結構優化的需求也有所不同。所以，在結構優化設計中應注重分段優化，以期高度滿足不同階段的結構優化需求。

5.3 上部結構優化

對于高層來說，上部結構優化通常是指優化剪力墻設置。工作人員要科學設置剪力墻，保證剪力墻的重心與樓層平面剛度中心處于同一位置。如受到地震、大風等外力因素的影響，其可發揮減弱和保護的作用。若條件允許，可使用大開間剪力墻，延長墻肢的長度，這樣一方面可滿足結構設計的要求，另一方面也可減少墻肢的數量，降低了混凝土的使用量。又由于大開間布置會使得建筑的抗震性能降低，所以在抗震性能要求十分嚴格的部分，必須謹慎使用大開間剪力墻結構。

5.4 結構與建筑協調優化

應用建筑結構優化設計方案時，結構和建筑平面應當保持高度協調的關系。如在墻、柱設計的過程中，設計人員不僅要充分保障建筑平面使用的功能，而且要與建筑設計的開間和進深統一，避免發生墻柱錯位問題。設計人員需采取簡單的布置形式，不同樓層的墻柱高度和截面積要保持精準協調的關系。電梯和樓梯設計階段，工作人員需在轉角區域使用高強度承重構件，上述區域應力相對集中，所以，射擊人員可采取相應的減輕自重措施，針對不具備承重功能的構件，可選擇輕型材料代替。

5.5 分解優化步驟

建筑結構設計模型中需要考慮多個參數和約束條件。模型優化設計中，如果模型整體無法滿足最優解的基本要求。對此，應結合實際采取分步優化的模式。設計人員先要將模型分解為不同的問題，對其采取多種針對性優化措施，進而獲得更為準確的子問題，穩定最優解，隨后就子問題開展循環優化調整，以此獲得結構模型的最優解。

5.6 優化設計建筑地基結構

在結構設計中，尤其是高層建筑，地基直接影響了建筑整體的安全性和穩定性，因此要充分結合建筑結構周邊的地質、地形和建筑及管道布置概況，完成地基結構設計。這樣以實地勘察為基礎不斷優化和完善設計方案，一方面加強結構的安全性和穩定性，另一方面也要優化建筑物的整體性能，以減少施工量，降低工程成本。

5.7 其他優化設計

在結構設計優化中，一方面要優化模型、參數、約束條件方案和技術，另一方面也應在實際應用的過程中，結合施工流程設計。以合理指導施工，使施工的有序進行，徹底優化工程建設的綜合水平。

6 結語

總之，設計人員在工程結構設計優化的過程中，必須結合實際不斷優化和調整施工設計方案，注重工民建工程建設的合理性，以期實現理想的工程建設效果，促進建筑行業的穩定發展，最終增大建筑工程企業的經濟效益，推動企業的可持續前行。