建筑结构设计中优化技术应用探讨

朱海燕

（广东省环境保护工程研究设计院有限公司，广州510030）

1 引言

新时期下，建筑行业迅速发展，以可持续发展理念为支撑，以节能降耗为建筑发展的主流方向，建筑企业也开始重视建筑的绿色发展。在现代建筑结构设计中，设计人员需要积极引入优化技术，并对结构设计进行优化，明确建筑工程的设计目标，以可靠的结构设计优化方法来促进设计目标的顺利实现[1]。

2 建筑结构设计优化的作用

1）能够切实保障建筑结构的稳定性和安全性。建筑工程项目在不同的情况下有着不同的功能，而不同的功能对建筑结构形式也有着不同的要求，应该结合建筑本身的功能来对其结构形式进行确定。建筑结构设计优化主要是着眼于建筑的功能，通过相应的计算分析，简化结构传力，调整结构的刚度和承载能力，以此来保证结构体系的安全性和可靠性[2]。

2）可以优化建筑的功能性。建筑功能与结构布置存在密切关联，对建筑结构设计进行优化，能够有效地提升构件的性能，从而更好地满足建筑的功能性需求。

3）能够降低建筑的成本。建筑工程施工建设需要投入大量的资金，通过对结构设计进行优化，能够充分发挥结构的经济性优势。但从目前来看，不少业主为了赶工期，往往会对建筑设计的期限进行严格的限制，在时间紧迫的情况下，设计人员很难保证设计的精细化，会导致部分结构设计缺乏合理性和经济性。为了能够达到降低成本的目的，在钢筋及其他相关材料的配置环节，通常会采用相关规范的最低限制，直接影响结构整体的安全性。从结构设计人员的角度出发，必须借助先进的结构分析设计方法，做好建筑结构设计的优化和调整，在保证安全、适用的同时，实现技术先进、经济合理和施工便捷的目的。建筑结构设计不仅可以节约成本，还可以通过优化设计的方式来实现建筑结构的安全性、稳定性以及经济性。

3 建筑结构设计优化技术应用

3.1 做好前期结构优化

结构设计必须与建筑整体设计充分协调，在对建筑设计方案进行确定的过程中，结构设计人员需要高度重视概念设计，从实际情况出发，提出对建筑功能的要求和建议，如平面布置、结构布局、立面造型等，将建筑的高度、体量以及复杂程度等控制在相对合理的范围内，避免盲目追求新颖而忽视建筑结构的安全[3]。例如，在建筑结构设计优化中，需要考虑结构整体的抗震性能，组织专家进行论证，确保在建筑结构设计优化后，建筑的抗震性能可以很好地满足相关规范要求，保障建筑安全使用。

3.2 重视结构体系优化

1）应该着眼于建筑本身的使用功能和高度，确定最为合理的经济结构体系。例如，相比异形柱框架体系，普通的框架体系用钢量较低；相比短肢剪力墙，普通剪力墙的用钢量较低，在条件允许的情况下，从节约成本的角度出发，应该尽量选择用钢量较低的结构。

2）应该采用比较规则的平面和立面方案。在建筑结构设计中，存在平面不规则和竖向不规则的情况，需要设计人员结合建筑功能，对平面的长宽比和立面的高宽比进行控制，尽可能保证建筑质量中心与结构中心重合。在竖向结构设计中，应该避免有较大的外挑或者内收，规避薄弱层以及转换层等不利因素，这样才能更好地保证结构水平抗剪承载力以及侧向刚度的均匀分布[4]。

3）应该对照建筑工程的实际情况，依照相关经验来对结构体系进行布置。在确定柱网结构的过程中，必须强调其跨度合理均匀，保证结构受力的合理性。以住宅小开间结构为例，此结构会影响电梯井筒分隔墙以及柱墙本身作用的合理发挥，结构刚度较差，在受到较大的振动时，很容易倒塌。对此，应该采用大开间结构进行分离，在规避上述问题的同时，也可以有效节约成本。

4）应该控制好楼盖刚度。在建筑结构体系和布局优化设计中，需要确定好最佳的梁板截面尺寸，确保其布设合理，对楼盖结构的刚度进行合理控制。因为如果屋盖结构刚度过大，会导致梁板截面增大以及建筑自重增加，在影响建筑正常使用的同时，也会导致建筑成本增加；如果屋盖结构刚度过小，则梁板容易产生较大的变形，影响结构美观性，也可能造成填充墙或者装修材料的损坏。

5）应该对剪力墙进行合理布置。剪力墙是建筑结构中最重要的构件之一，也是刚度最大的结构，有很大的优化空间。设计人员在对剪力墙结构布置的过程中，应该强调其均匀性和对称性，控制好结构的扭转变形效应，并且对剪力墙洞口进行规范化处理，防止出现叠合错洞墙的情况。对照相应的计算结果和建筑规范，在结构设计中，应该尽可能地对剪力墙的数量进行控制，确保各个墙肢的长度基本相等，这样能够避免单片墙之间强度悬殊的问题，有助于连梁刚度及延性的提高。同时，在对剪力墙进行设计优化的过程中，如果其能够落地，可以不设置框支转换层，采用大开间的平面布置，对照构造、轴压比等对墙体的厚度进行控制。在建筑结构中，剪力墙可作为整体刚度的提供者，通过墙身数量的调节，能够对刚度进行确定，而借助结构内部刚度，可以实现对外部荷载的有效传递，从建筑结构设计人员的角度看，需要明确荷载和刚度之间的关系[5]。

3.3 做好计算分析优化

结构的计算分析可以采用手工计算，也可以借助计算机程序进行计算。对结构设计方案进行相应的量化和验证，要求设计人员在选择计算模型，设置边界条件时，能够充分考虑结构的实际受力情况。结构整体计算的部分指标能够反映建筑结构的合理性。在国家相关规范中，能够用于结构整体控制的指标包括周期比、刚度比、位移比以及剪重比等。设计人员需要对结构进行反复计算，确保指标数据满足规范要求，才能保证结构性能的合理性。

3.4 地基基础设计优化

在建筑地基基础设计的过程中，需要对照施工现场的岩土勘察资料，对建筑结构的类型、现场施工条件等进行综合考量，做好多个方案，选择能够满足安全性、适用性、经济性和环保性等要求的基础方案。另外，在基础设计环节，如果条件允许，应该做好上部结构和地基基础整体的刚度协调设计，将土层所具备的承载力充分发挥出来。

4 结语

建筑结构设计优化能够在保障建筑结构本身稳定性、耐久性和功能性的基础上，对结构进行合理布置，将材料性能充分发挥出来，保障建筑的整体质量，并对成本进行控制。在新的发展环境下，建筑结构设计优化是一个必然的趋势，也是实施建筑精细化设计的途径，结构设计人员需要不断提高自身的责任意识，做好精细化设计，提升建筑结构的设计效果。