浅述建筑结构设计中的优化措施

边少鹏

【摘要】目前的建筑结构施工中，住宅房屋建筑结构设计是一个周期较长且内容复杂的过程。其中的影响因素很多，在建筑结构设计中，应综合考量各方面的因素与条件，应用先进的设计理论、模式与方法，不断优化设计方案，从而为工程项目建设提供必要的技术指导。

【关键词】建筑结构；结构设计；优化措施

建筑工程的结构设计工作十分重要，它会对工程项目的整体质量产生直接影响。但是，通过调查发现，现今的建筑工程结构设计中，存在着诸多的问题，直接关系到建筑工程的使用，那么设计人员在建筑结构设计的过程中，就需要综合考虑到多方面的因素，将其掌握的基础理论知识充分的应用至各个设计环节中，保持积极认真的工作态度，勇于创新，认真研究和分析结构设计中的常见问题，针对这些问题找到合理的解决方案，不断提高建筑工程的整体质量。

1 建筑结构设计的优化目的

建筑物除了其自身的使用功能外，其外形设计也要求能够让人们在观感上赏心悦目。所以设计师在设计建筑物的时候，不仅仅要考虑到建筑物的使用功能，还要考虑到建筑物的外形设计。这就要求结构设计和建筑的施工技术能够相互协调、配合。建筑结构设计的主要目标是安全、适用、耐久、经济、美观和易于施工。而所谓的建筑结构优化设计，就是在原有的建筑物工程结构满足施工约束条件下，按照预设的目标找出最适合、最经济的施工方案的设计方法。优化建筑结构设计不仅可以满足人们对于建筑外形的美观要求，还可以令建筑结构设计满足经济适用的内在条件，例如让建筑物的结构设计变得合理、提高建筑物的结构安全性能、降低工程项目的施工成本等等。一般来说，优化建筑结构设计的主要内容主要是优化建筑工程的总体结构和建筑工程的部分结构。

2 建筑结构优化设计的要求

2.1 体现绿色设计内涵，满足环保理念

近年来，国家大力倡导在每一个行业内普及节能、环保理念，同时也依照各行业发展的现实状况，分别出台、制定了多种建筑节能政策及规程。在建筑结构设计的优化环节，可采用节能的原材料，从建筑结构的整体框架统筹规划、宏观布局，彰显其环保成效，最为典型的措施包括给排水硬件设备的优化以及门窗材料的环保化等。在这期间，也不可避免地产生施工废料及垃圾，需运用最为绿色、环保的方式加以处置，减少对环境的“二次污染”，尽量循环利用。

2.2 控制结构优化设计的经济性

如今，在建设资源节约型社会的新形势下，建筑结构优化设计的经济效益已与质量效益有机联系在一起。建筑结构优化在设计中，既要统筹质量与安全性能，也要有的放矢地控制建设成本，最大限度地降低资金投入。从这个视角上看，优化设计需坚持技术先行的原则。

2.3 将各种安全要素考虑周全

建筑结构在优化设计时，一个最起码的要求便是安全性。倘若只在结构的功能性、经济性等方面狠抓严控，但忽略或降低了建筑结构的整体安全性能，那么这样的设计也是片面无效的，甚至还有可能前功尽弃。基于此，要将各项安全要素考虑在内，同时严格把控好建筑结构的质量关和安全关。

2.4 满足结构优化设计的功能需求

从本质上看，建筑结构优化设计是为业主提供最优质、最舒适的生活环境条件。伴随

社会经济的持续、快速发展，人们消费水平日益提高，群众对于建筑设施的功能需求也与时俱进。为此，追求建筑设施的和谐美观、高效实用无疑是结构设计优化的一大要求。

3 建筑结构设计方案优化的主要内容

3.1. 建筑物结构周期性的折减系数

对建筑物的框架结构和顶盖等结构的设计中，计算周期一般会比实际周期大，因为在施工时，由于填充墙体的存在会导致结构的实际表现刚度大于设计刚度。所以一旦计算出建筑物的结构剪力偏小，会导致建筑物的部分结构安全性能降低，这时候就需要对建筑物的结构进行适当的周期性折减计算。但对于建筑物的框架结构是不适合进行折减计算或把折减系数取小的。

3.2. 优化建筑物耐久性设计

在很多混凝土的结构设计中都没有全面、综合地考虑到建筑物的耐久性，从而导致有许多建筑设计都未能达到当初的设计目标。当建筑物的设计者遇到建筑物的其他使用功能要求或是施工技术指标上升为设计建筑物的主要矛盾时，设计师就要放弃建筑物对经济的单纯追求，这时候往往需要根据建筑物设计所需要解决的重要性问题，挑选出适合的目标来进行优化，才能达到满意的优化建筑结构设计方案的效果和目的。

4 住宅建筑结构设计优化的方法

4.1. 结构优化模型的建立

在进行结构优化设计的过程中首要的问题是要根据实际的结构特性设定成为相关的结构设计参数，主要的有目标控制参数和约束控制参数。对于那些变化范围比较小的，且在结构的局部加强就能满足要求的部分参数，将其确定为预设参数，从而减少计算的工作量；对于目标函数，是要找到一组可以满足预定条件的钢筋截面积和截面的几何尺寸，目标是要让总造价最小。对于约束控制函数，包括前度和稳定约束、截面尺寸约束、结构整体约束、构建单元约束、正常使用状态的上下限约束条件等。参数的设计必须要与实际情况和规范相符。

4.2. 结构优化设计的计算方法

在结构优化设计计算方案的确定上，考虑到建筑结构的复杂性带来的变量多、约束条件多且非线性，因此在计算过程中，一般的做法是先将有约束的优化问题转化为无约束条件再进行求解，可选用的计算方有拉式乘子法、复合形法等。结构选型、尺寸和参数设计完成后，在计算方案的基础上设计优化程序。并在得到计算结果后，对结构进行综合分析，最后确定最合理的结构优化设计方案。

5 住宅建筑结构设计优化的应用分析

5.1. 结构优化设计的前期参与

建筑是相对长期的投资，常见的建筑使用年限均在 50～100 年间，这就要求结构能够保证在设计使用年限内，建筑能够保持基本的使用功能、良好的空间环境。因此，要在建筑方案设计初期就加入结构优化的考虑。这样可以有效避免出现结构不合理、工程造价高等问题。也就是说，在建筑方案的设计初期就加入结构的优化设计，是提高建筑利用率的有效方法。

5.2. 结构的概念优化设计

一幢建筑的完成，可以有多种不同的结构设计方案；另外，对于同一种结构设计方案，采用不同的结构荷载、材料和分析方法以及参数的不同取值所得到的结果也是有较大区别的。这些都无法通过计算机自身实现内部系统优化，需要结构设计人员作出合理的选择，根据实际工程经验来进行参数的确定。通过概念优化设计，可以初算建筑结构在各种外力荷载的作用下的内力分布，以及将所有不利的荷载集中加载时可能出现的各种破坏形式等，如建筑结构在地震荷载作用下的破坏情况等，得到初算结果后，就可以作为下一步结构深化设计的有力依据，采取合理的结构形式，选用有效的建筑材料及构造措施，从而降低刚度不均匀、结构不对称等不利于结构整体抗震的现象。因此，对建筑设计方案进行结构优化设计，在地震等自然灾害发生时，就显得尤为重要。

6 结语

住宅建筑是目前建设数量最多，建設频率最高的一种工程项目，其结构的优化设计具有较为深远的意义。对于高层住宅迅速发展的今天，结构设计更突显出其重要性。结构优化设计的目的是让建筑在设计年限内能够更好的发挥其作用。本文也指出了结构工程师在实际工作中如何运用结构理论知识来优化设计方案。总之，结构优化设计是在坚持科学发展观、充分利用有限资源的基础上提出的，是符合建设节约型社会的总体需要的。

参考文献：

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[2] 鄢皓，李卫华.试谈结构设计优化技术在房屋结构设计[J].佳木斯教育学院学报，2012（4）.