探討結構設計優化在建筑設計中的應用

史翰文 黃金有

摘 要：目前，建筑結構設計是保證主體結構穩定、安全的基礎條件，做好結構設計優化能提高建筑物的外觀質量、功能價值與安全性，并且有助于人們生活質量的提升。文章分析了結構設計優化在建筑設計中的應用，以供參考。

關鍵詞：結構設計優化;建筑設計;應用

1 建筑結構設計優化方法的意義

（1） 符合行業發展需求。就目前建筑行業發展狀況來看，建筑物的高度越來越高，怎樣有效降低建筑結構的造價，怎樣才能保證后期工作安全有效，就要保證建筑結構設計方案的科學能夠最大限度的滿足使用需求。

（2）符合可持續發展觀。在可持續發展觀念的影響下，推動建筑行業持續發展，建筑行業工作者就必須要重視建筑結構設計，提高建筑工程在和建筑后期應用的合理性和安全性。根據對以往的建筑造價統計發現，堅持可持續發展的建筑結構設計優化能夠有效的提高建筑物的使用壽命和提高社會經濟效益。

2 建筑結構設計優化的主要原則

（1） 功能性原則。建筑結構設計的功能性原則不僅對設計有重要作用，對建筑物更是極為重要。功能性主要指建筑結構在工程過程中的使用效果以及建筑完成后所生產的經濟效益和社會效益。考慮功能性是建筑結構設計中重要的考慮因素，不僅要注重建筑功能使用，還要保證建筑物在后期應用中的效益。

（2）安全性原則。安全性可以說是每一個建筑結構設計必須要考慮的因素，每個建筑結構組成部分都需要考慮它的安全性和可靠性。建筑結構設計的安全性必須要考慮實際施工情況，不能紙上談兵。如果安全性只停留于設計方案中，而沒有與實際工作相結合，那么安全性原則的意義也沒有任何意義，既不會提高建筑工程的安全性，也會損失經濟利益。

（3）綠色環保原則。在建筑結構設計中注重綠色環保，使用綠色建筑材料對提高建筑質量和滿足人們對建筑的需求有重要的意義，還能夠促進環境保護，促進可持續發展。

3 建筑結構設計優化的重點

對于結構設計的優化，重點應從以下幾方面考慮。（1）在滿足建筑使用功能和建筑效果的前提下，對建筑柱網布置進行合理優化。（2）對地基基礎選型進行優化。（3）對上部結構選型進行優化。（4）對上部結構布置進行優化。對于以上的優化內容不是獨立而無條件的，而是相互聯系，需根據不同的條件做不同的優化。結構優化不是追求局部最優，而是應該追求整體最優。

4 建筑結構優化的主要內容

（1）注重設計試樁。設計試樁不僅是對地質報告中地質情況進行驗證，同時也可對勘察報告的設計參數進行修正，提高單樁承載力特征值。對于單樁承載力特征值的提高可節省在地基基礎中的投資，同時可加快施工速度。在同樣持力層、樁徑和樁長條件下，采用設計試樁提高了單樁承載力特征值。優化了樁基礎布置，對成本的節約相當明顯。

（2） 選擇合理的地基基礎形式。在技術迅速發展的今天，幾年前的基礎設計思路在現今就可能落后。原先采用“防水板+地梁+承臺”的基礎方案在現今就不太適用，這種結構形式既浪費材料也浪費人工。現今主流是采用“防水板+承臺”這種無梁樓蓋的形式，施工方便、速度快，同時節省人工和材料。而采用不同的樁基礎方案對造價的影響更明顯。

（3）重視結構體系的選擇。不同結構體系對造價影響比較大，如異形柱框架結構與普通框架結構相比，單方含鋼量明顯要大。剪力墻的含鋼量也會比框架要大，短肢剪力墻含鋼量和普通剪力墻相比要大。這種結構體系之間的造價差別是明顯的。針對建筑所在地的抗震設防烈度、風荷載、建筑布置情況，選用科學合適合理的結構體系，尤為重要，對造價的影響相當大。

（4）重視豎向構件的布置。針對不同外部條件，應在結構設計時注重豎向構件的不同布置方式。如同為剪力墻結構，對于低烈度風荷載小的地區，剪力墻翼緣以滿足規范最低要求條件即可，而對于高烈度地區，則需考慮強烈的水平地震作用引起剪力墻翼緣縱筋配筋量加大的情況，應加長剪力墻翼緣長度減少縱筋配筋量。對于同一結構體系，也應注意柔與剛的平衡，根據計算結果，調整豎向構件布置，達到剛柔相濟。

（5）重視水平構件與豎向構件的協調。針對不同的建筑要求和地質條件，梁板柱布置應進行多方案的布置和比較，以達到綜合成本最優。

（6）重視水平構件的布置。梁板的布置應根據建筑及荷載情況進行優化，而不是一味地根據以往的經驗與習慣來考慮布置。梁布置過密，即浪費材料又浪費支模成本和人工成本。應根據具體情況具體分析來決定最優布置方案。

5 建筑結構設計優化方法應用需要注意的問題

（1） 使用結構優化時，必須考慮前期參與。對于前期設計方案，方案質量優劣如何，對結構總成本有著直接影響，在前期設計中，確定結構設計方案時，一般認為不需要結構設計人員參與其中，在建筑結構設計時，大多數設計人員不重視結構可行性、合理性，如果采取這樣的設計結果，必然會影響結構設計，使得結構設計難度明顯增加，也會提高結構成本。所以，在設計結構方案時，設計人員應充分考慮到結構設計的前期參與，從第一步的方案優化開始，設計出優質的設計方案、結構形式，以節省成本。

（2）重視細部優化。除重視整體設計，必須考慮結構基本構件設計，例如現澆板設計，需盡可能劃分矩形板塊，既能滿足現澆板受力要求，又可防止出現拐角裂縫。同時，在現代技術運用中，結構優化設計和計算機技術的有機結合，對于具體優化設計，在優化設計上，須考慮工程實踐轉化成數學問題。所以，工程設計人員應利用計算機的計算優勢多方案比較進行優化設計。

（3）整體優化與局部優化。對于任何結構設計，都具備層次性、復雜性特點，立足層次角度，包括了結構體系、各分部受力構件，在房屋設計過程中，設計人員必須優化每個環節。立足復雜性角度，一般包含結構類型、結構布置和原料選取。因此，針對任何房屋建筑，需優化整體結構的同時要優化各分部受力構件。達到整體最優的目的。

總之，要與實際施工情況相結合，及時調整設計方案。通過建筑結構設計優化方案，提高建筑工程合理性和科學性，保證建筑質量。

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