建筑设计中结构设计优化分析

陆秋涛

摘 要：建筑是人类生存的基础环境，优化建筑设计有利于改善人类的生存环境，提升建筑质量。在建筑结构设计中要提升建筑结构的安全性、舒适性和耐久性，在建筑结构设计选择以及材料的选用上，要提升抗风抗震的性能，确保建筑在使用寿命周期内实现改造和维修，满足人们应用建筑的多样化需求。

关键词：建筑设计;结构设计;优化策略

建筑结构的优化设计要确保优化建筑结果的设计方方案，根据实际的应用需求以及建筑场景的特点出发，确保设计的方案能够让有限的空间和资源实现最大化、最优化的利用，发挥建筑结构优化设计的作用，继而满足经济性、实用性、适用性的使用需求。为了提升建筑产品的品质，改善人们居住的环境，要求建筑商积极寻求新型的手段来满足顾客的需求，继而有利于降低建筑工程造价的成本。

1 建筑结构设计优化的基本需求

在住宅结构设计中，结构的安全性和耐久性非常重要，在建筑结构体系和材料的选择上，要确保抗风抗震的性能好，并且还能够满足人类居住时对热、光、声的要求，继而营造一个舒适的居住空间。建筑结构设计方案要综合考虑住户在日后改变分隔空间的可能性。比如面对剪力墙结构可以采用大开间的布局。从建筑工程施工的地点、层数、平立面体形角度出发，提升建筑结构体系的经济合理性。在建筑构件的使用上要符合工程建设的需要，确保用量的合理性，减少建筑构件用料的浪费。另外，地基基础设施要做好经济比较，因为地基基础设计方案非常重要，关系到房屋整体的造价，为此要做好优化设计工作。

2 建筑结构优化设计的方法

2.1 建筑模型优化结构设计的方法

大型的建筑工程首先要做好建筑模型的设计，优化建筑模型要确保建筑工程结构的优化设计，包含了基础结构方案、围护结构方案、屋盖系统方案、结构细部的优化设计等。同时建筑模型的优化设计还要对建筑的选型、布置、受力、造价等进行分析，在此基础上制定建筑结构优化设计的方案。在设计的过程中要坚持从实际出发，根据建筑工程的实际情况，结合房屋建筑综合经济效益来实现建筑结构的优化设计。在满足了建筑设计的目标以后，可以采用平面布置的规则，缩小刚度与质量中心的差异，继而降低建筑水平荷载与建筑物中存在的过大的扭转作用力。从竖直方向上来看，建筑结构的优化设计要尽可能避免转换层，降低集中应力的现象。为了提高房屋建筑结构优化设计的约束条件，要对建筑结构的尺寸、强度、裂缝宽度、应力等进行有效的约束，确保各项约束条件满足当前建筑结构设计的规定和要求。

2.2 优化建筑结构设计的计算方案

在制定了建筑模型以后，要设定建筑计算的有效方案，确保编制应用的运算程序能够获得最优化的运算结果。建筑结构设计内包含了多个变量和约束条件，该问题是非线性优化的问题，在设定建筑模型计算方案时，要将约束条件转变为无约束条件。通常情况下，建筑工程设计的方法包含了拉氏乘子法等算法。在这些算法的基础上能够对建筑模型优化结构的设计方案进行分析和计算。

3 优化建筑结构设计技术在实践中的应用

通常情况下，在完成了建筑结构设计方案以后，要将建筑理论与实践有机结合起来，确保建筑结构设计的不断发展和优化。通过优化建筑结构，难以有效降低建筑工程造价，为此结构设计优化设计要在建筑项目的整体设计、前期设计中得到有效的应用。另外，在旧房改造、抗震设计中，建筑结构的优化设计也非常关键，对居住者的生命安全带来了直接的影响。根据建筑结构设计优化的模型和方法，要注意把握好三个方面的问题，即在参与建筑结构设计优化的前期，要确保概念设计、细部结构设计的方案优化，并在此技术上完成地基基础结构的设计。

3.1 前期阶段的建筑结构设计优化

前期阶段的建筑结构优化设计方案，对整个建筑的投资力度产生了影响，但是在此过程中，往往也容易出现一定的问题，比如前期的方案结构设计不合理，导致建筑结构后期的施工设计出现了问题。一些建筑结构的方案会导致建筑结构建造的难度增加，最终使建筑的总造价成本提升。在建筑初期阶段，要选择合理的建筑结构形式以及设计方案，从而满足建筑结构设计的需要。

3.2 优化建筑细部结构设计和概念设计

概念设计一般应用在地震设防等没有具体数值量化的情况，由于这些要素的数值没有量化，而且存在较大的不确定性，在计算时会存在与现实差异大的问题，为此在建筑结构的设计时可以利用概念设计的方法，将数值当成建筑结构设计辅助与参考的依据，为此要求建筑结构的设计人员能够灵活的运用不同的数据，确保建筑结构设计水平的优化提升。另外，在细部结构中也可以应用概念设计的方法，使建筑结构的细节部分更加完善。

3.3 优化下部地基基础的建筑结构设计

地基基础结构设计优化上首先选择和制定合适的方案，根据现场的实际地质条件和施工特征状况等来选择合理的桩基类型，确保工程造价的不断降低。桩端持力层一般会对灌注桩桩长的选择带来较大的影响，为此可以结合比较确定的方式来选择适合的建筑方案。

3.4 优化建筑结构设计的实际价值

建筑结构的优化设计要确保降低建筑的整体造价，提升建筑结构的经济性和实用性。首先，结合建筑结构优化设计的方式来降低建筑的总体造价，因为目前城市化进程的加快，建筑的高层和多层住宅的数量在不断增多，层数越高，那么建筑的总面积增加也会越快，单位建筑面积在土地面积的比例会相应的减少，为此有利于实现建筑用地成本的节约。然而当前建筑层数的不断增加，也导致建筑总高度相应加大，为此楼与楼之间的距离要而要适当加大，从而节省建筑土地资源用量。另外，通过建筑结构优化设计则能够增强建筑结构的经济性，当建筑层高增加时，墙体的面积、柱体积也相应的增加，为此建筑的结构自重也会由此而增加，建筑基础与柱的承载力也会加大，而水卫、电气管线的长度也会增加。如果层高降低则能够起到良好的抗震效果，并且能够节约建筑造价，降低建筑的总高度，使建筑之间的日照距离相应的缩短，这样有利于建筑用地资源的节省。相同的建筑面积，在使用不同的平面形状时，外墙的长度周长也会不相同，而选择圆形或者近似于方形的建筑结构设计方案，则能够提升建筑的受力性能，确保建筑结构的经济性能有效提升。

4 结语

本文对建筑结构优化设计的基本需要、方法以及具体的措施进行了研究和分析，提出了当前建筑结构优化设计要从实际情况出发，增强建筑结构设计的实际价值，继而满足现代建筑结构优化设计的需要。

参考文献：

[1] 梅青勇.浅谈建筑设计中结构与艺术的处理[J].建筑工程技術与设计，2017，（23）.

[2] 顾耐瑄.建筑结构设计优化分析[J].城市建设理论研究（电子版），2015，（3）.

[3] 朱亚培.民用建筑结构设计的优化措施探讨[J].城市建设理论研究（电子版），2014，（31）.