结构优化在建筑结构设计中的应用探究

师炜

华诚博远工程技术集团有限公司 陕西西安 710000

1 结构优化设计原则

1.1 安全性设计原则

严格遵循安全设计原则进行房屋建筑结构优化设计，不仅仅可以有效降低房建工程施工需要花费的资金成本，还能使房建工程的安全性得到有效提高，杜绝安全隐患，为人们的生命财产安全提供更为强有力的保障。假如在进行优化设计的时候，设计师只关注施工成本而忽视安全性要求的话，会有极大可能导致安全隐患的埋藏[1]，甚至直接引发严重的安全事故，威胁到人们的生命安全。所以，设计师在进行建筑结构优化设计的时候，必须严格遵守安全性原则。

1.2 功能性设计原则

通过科学合理的优化设计可以将房屋建筑结构的各项功能都更大程度的展现出来，为人们提供功能更为全面的工作生活空间。同时，随着时代的快速发展，人们对房屋建筑的功能性要求也出现了极大程度的提高，只有严格按照功能性设计原则展开工作才可以有效提升用户的满意度。

1.3 经济性设计原则

通过对实际情况进行分析可以看出，房建工程结构非常复杂。并且随着建筑规模的提升，所投入的资金量也越来越大，各种材料的使用量也随之出现了显著提高。要想更好的节约施工成本，设计人员必须严格按照经济性原则展开设计工作，选择性价比更为优秀的材料，这样才可以在保证工程质量不出现问题的同时，帮助施工企业获得更多的经济效益。

2 建筑结构的优化设计

建筑结构的构建机理十分复杂，破坏模式和限制条件都是非常多的，对其进行优化的时候，不但要满足强度、构造、模数化等条件，而且对于造价最低的目标函数也要尽可能的达到最优解。

2.1 建筑结构设计

房屋的建筑结构基本上都是按照三维空间结构来进行分析和计算的。房屋建筑结构比较规则的，可以按照水平或者垂直的方向来进行分解成很多个平面框架结构来计算。在内力分析的时候，选取的框架要具有代表性。

2.2 建筑结构优化的数学模型

因为目标函数和约束条件的种类非常多，所以必须在优化开始之前建立数学规划模型，如下：

从上面公式可以看出，X=[X1，X2，．．．．．，Xn]T，是可行解，R是可行解集合，U 是基本空间，f（X）是目标函数，X ∈R，R ⊆U。

2.3 整体优化建筑结构的目标函数设计

以下将对建筑结构中的构建进行优化计算，对其进行判断之后能够直接调用相对应的计算和优化，使得其在程序的衔接上面更加流畅，只有计算的速度提高了，其总体的优化结果才会更好。框架结构整体造价目标函数为：

整合梁柱配筋程序以及确定建筑结构整体造价，使得整个优化程序丰富，对于以往程序的零散和独立以及功能不全等缺点，进行了优化。

2.4 柱的模型优化

在实际施工过程中，大多数建筑结构的柱子，都是采用的矩形截面，高和宽都是一样的，对于柱的模型优化，这里根据实际情况，截取柱子截面选取，让柱子截面宽为bz，并且等于截面高hz，在考虑实际的情况下，以50mm 模数，从而使得优化内容更加简化，并且和实际情况相符合。选取设计变量的优化。①柱子截面的尺寸。根据《建筑抗震设计规范》，柱截面的高度比不能大于3。所以，设计的时候，采用的初选柱截面的尺寸可以根据以下公式进行选择。

柱截面宽度：Bz={300mm，350mm，400mm，450mm，500mm，550mm，600mm，650mm，700mm，750mm}

柱截面高度：Bz={300mm，350mm，400mm，450mm，500mm，550mm，600mm，650mm，700mm，750mm}

②柱子纵筋的截面面积ASZ。

2.5 梁的模型优化

梁是受弯构件，实际情况下，对受弯构件进行设计时，不但要保证其不能沿正截面发生破坏的情况，也要保证沿斜截面不能发生破坏的情况。所以，需要对其进行正截面的承载力以及斜截面的承载力进行计算。梁截面的尺寸。梁截面的高度一般都是其跨度的1/14 到1/10。梁截面的宽度一般都是它截面高度的1/3 到1/2。所以，为了保障梁侧向的稳定性，梁截面的高宽比不能大于4。以实际情况为例，以20mm，50mm 为模数。截面尺寸如下：

梁截面的宽度：Bb={200mm，220mm，250mm，300mm，350mm，400mm，450mm，500mm，550mm，600mm}

梁截面的高度：Hb={400mm，440mm，500mm，550mm，600mm，650mm，700mm，750mm，800mm，850mm}

①梁跨中的截面配筋面积为Asb。

②梁左端的截面配筋面积为Asbz。

③梁有段的截面配筋面积为Asby。

3 结语

随着现代化进程的不断推进，建筑的规模与数量也出现了极大程度的提高，原有的建筑结构设计已经不符合时代发展需要了，怎样有效完成建筑结构的设计优化已经成为了相关人员需要解决的关键问题[2-3]。在这种背景下，要想切实完成优化工作，得出更加符合人们审美需求的设计，建筑设计师必须要跟上时代发展的脚步，综合考虑业主的实际需要按照优化设计原则展开工作，并要求施工企业严格按照方案进行工程施工，这样才可以将设计方案的作用与价值充分发挥出来，从而为后续工程施工的顺利展开打下更坚实的基础，进而为人们提供更为优秀的工作生活环境。