結構優化設計在建筑工程設計中的意義和應用

薛曉飛

摘要：建筑結構是建筑使用的基礎，對建筑使用安全和建筑使用功能都有非常重要的作用，但是當前建筑結構設計成本支出較大，原材料需求量大，造成建筑結構重量較大，影響建筑的質量穩定與安全。建筑結構設計需要遵循科學性和經濟性的原則，從材料、設備、高度、層數、結構等多個方面進行優化，實現成本的最大化利用，節約施工成本，在質量安全的前提下，提升企業的根本利益。基于此，本篇文章對結構優化設計在建筑工程設計中的意義和應用進行研究，以供參考。

關鍵詞：結構優化設計;建筑工程設計;應用

引言

近年來，我國社會經濟快速發展，人民生活水平不斷提高，對建筑工程的安全性、穩定性、美觀性以及節能環保性能都提出了新的要求，因此，在建筑結構設計工作中，也要以綠色建筑的發展理念為指導，通過技術優化提升建筑結構設計的水平和質量。建筑結構設計人員應嚴格遵守相關設計規范要求，科學運用優化技術，對建筑整體結構、平面結構、承重結構以及細部結構等各個設計環節進行技術優化，同時，應根據新型建筑給排水以及電氣系統的要求對建筑結構設計方案進行優化改進，以適應現代建筑多元化功能的要求。此外，在建筑結構設計技術優化中，還應充分考慮建筑外觀的美觀性等因素，進一步優化建筑結構設計方案，推動我國建筑行業向綠色可持續性發展方向升級轉型。

1結構優化設計的意義

不管是民用建筑還是工業建筑，建筑的安全性都直接關乎著使用者的人身安全和財產安全，所以，建筑的安全性也從來都是結構設計需要守住的最底線。在建筑結構設計中，安全性是設計人員需要堅持的最基本的原則，在此基礎上綜合考慮各方面的限制因素，提高設計的其他指標，如經濟性等。一直以來，結構優化設計的概念給人們造成的理解誤區是結構優化設計就是一味地追求材料最省、經濟最優，甚至不惜犧牲結構的安全性。建筑具備很多功能，都是為滿足人們居住和生產而存在的。隨著社會經濟的發展、工業技術的進度、人們物質水平的提高，人們對不管是民用建筑還是工業建筑都提出了更高的要求，這也就對建筑工程的設計提出了更高的要求。建筑的功能性最主要是體現在建筑方案上，而結構方案則直接決定了建筑方案的可行性，二者相互制約又相互促進，所以，一個優秀的設計方案是二者相互協調統一的產物。結構設計中同樣蘊含著別樣的力學之美，其絕非是簡單的材料堆砌。結構設計中綜合考慮地質、氣候環境、建筑荷載，通過合理的結構體系和構件布置，完成建筑需要提供的功能和建筑想要表達的效果。結構設計方案不僅包含結構體系和構件布置，也包含項目實施過程中選取的施工應用技術。施工過程中需要選擇與結構體系和構件布置相對應的技術手段，這影響著施工的難易程度和施工進度，進而影響著施工工程造價。結構優化設計的重要目標之一正是提高結構設計方案的合理化水平，進而可以在很大程度上提高建筑整體的經濟性。

2建筑結構優化設計中存在的問題

在設計建筑結構的過程中，需要從中心、重心以及形心方面，對其剛度、整體結構以及幾何結構予以重點關注。建筑結構之所以會出現扭轉問題的原因是在設計建筑剛度、整體結構及幾何結構的過程中，沒有重合其中心，重心以及形心，進而導致在水平方向對建筑施加壓力，導致了扭轉問題的出現。因此，設計人員在進行設計的過程中，需要盡可能的在平面進行合理的布局設計，以此來使扭轉問題在建筑物中的出現，能夠得到一定的避免或預防，使建筑剛度，整體結構以及幾何結構的重心、中心以及形心能夠保持重合。目前，我國在地上和地下為大部分建筑物配置了兩層結構，因此，通常來說，都會選擇在地下室頂板部位，對建筑物進行嵌固。在設置嵌固端的過程中，負責設計建筑結構的人員通常沒有對此類問題給后期施工帶來的影響予以關注。因此，導致在建設建筑物的過程中，由于所設置的嵌固端并不合理，需要頻繁修改設計方案，進而導致安全隱患在建筑物中的遺留。

3建筑結構設計中技術優化要點分析

3.1建筑整體結構設計技術優化

建筑工程整體結構設計是建筑結構設計工作的核心環節，其設計質量和水平將對建筑工程結構的抗側能力、抗震能力以及對資源的消耗程度等產生重要的影響，因此，在設計實踐中應不斷總結實踐經驗，按照設計規范要求對設計方案進行技術優化。目前，在建筑國內工程整體結構設計中大多采用的是框架結構、短肢剪力墻結構以及框剪結構等結構類型，其中框架結構設計需要采用較大截面的墻柱結構，會影響建筑工程內部空間的利用率。而短肢剪力墻結構對建筑材料的消耗相對較少，且能夠有效提高建筑工程整體結構的抗震性能。框剪結構則能夠廣泛適應多種環境條件下的建筑工程結構設計要求，且其抗側性能以及抗震性能較為突出。不同的建筑工程結構形式的性能特點存在一定的差異，設計人員應根據建筑工程的具體情況，通過對各項影響因素的綜合分析對建筑工程整體結構設計方案進行技術優化，以提高建筑結構的安全性和穩定性，降低工程造價，使建筑工程項目能夠實現更大的社會經濟效益。

3.2材料利用優化

要實現建筑結構優化的目的，最簡單的方法就是降低成本，用較低的建筑成本來換取較高的利潤。在建筑結構中，建筑材料作為重中之重，是建筑結構中的重要組成部分，是建筑結構優化的關鍵。所以這就需要相關的工作人員結合實際情況，對建筑結構進行合理的分析，考慮建筑周圍環境因素的影響，來選擇性能和價格都合適的建筑材料。舉個例子，在建筑結構中常見的鋼筋混凝土結構中，混凝土構造柱是主要的抗壓部位，所以在建筑材料的選擇中，應該選擇抗壓能力強的混凝土，在澆筑混凝土構造柱的時候有意識地減少混凝土構造的橫截面積，減少混凝土構造柱的質量，增加建筑內部的活動空間。

3.3融合信息技術進行結構設計優化

傳統的建筑結構設計已經無法全面滿足現代建筑的需求，建筑工程項目需要進行分析的數據較多，人工分析會出現很多漏洞。因此加強信息技術在建筑結構設計中的應用，通過BIM系統進行前期的建筑模型設計，將建筑結構和整體建筑群之間的距離進行分析，實現建筑工程項目設計合理性與可行性，融合工程造價技術進行成本預算的精準化控制。設計部門通過CAD進行建筑平面結構的設計，并進行數據的標注，再通過3D模型的設計進行施工預演，分析施工的可行性，針對性的進行設計方案的修改，避免施工階段出現較為嚴重的設計變更，實現建筑設計的精準化。

結束語

在現代建筑結構設計工作中，應運用現代化的結構設計理念以及先進的技術手段對建筑結構主體、平面、細部以及各相關結構設計環節進行優化。同時，在建筑結構設計中還應結合現代電氣系統技術要求、給排水系統技術要求等優化建筑結構設計方案，完善建筑功能。此外，現代建筑結構設計還應充分考慮建筑外觀美觀性要求等要素，通過對設計方案的技術優化全面提高建筑結構設計的水平和質量，使建筑工程更加安全、穩定、美觀且具有較高的經濟性和美觀性，從而推動我國建筑行業的現代化發展。

參考文獻

[1]汪士梁.建筑結構優化設計探討[J].工程建設與設計，2019（24）：8-9.

[2]黃修月.優化建筑結構設計方案的新方法研究[J].中國標準化，2019（24）：74-75.

[3]肖敏，王韜.淺析建筑結構設計中優化技術的應用[J].建材與裝飾，2018（01）：92-93.

[4]李春娜.關于建筑結構設計中提高建筑安全性的分析[J].城市建設理論研究（電子版），2018（01）：66-67.

[5]左大春.建筑結構設計優化設計新方法探析[J].城市建設理論研究（電子版），2018（01）：92.