建筑結構設計的優化設計研究

滕文超 王子龍

摘要：近年來，隨著城市化進程的不斷發展，房屋建筑事業取得了快速的發展。對房屋的建筑結構進行優化，能夠促進空間資源進一步利用，進一步保證建筑的質量和使用功能。本文就建筑結構設計中的優化設計問題進行了具體分析。

關鍵詞：建筑結構；結構設計；優化設計

中圖分類號： TU3 文獻標識碼： A

對于當前現代化的建筑結構設計優化來講，應當采取全新的理念和政策思想，對傳統的方式進行改進，而合理并且科學化的設計防范不僅可以使得設計的技術標準更加嚴格，同時還可以全面的降低建筑的經濟性損失，降低造價，并且為后續管理工作的增強奠定堅實的基礎。在實踐的工作當中，應當重點的分析建筑結構設計優化理論，同時加強對現實意義的研究，建立起相應的模型，進而使得優化的步驟和思想得以實現。

一、房屋建筑結構優化方法的重要性

如今，隨著城市化進程的不斷加快，城市建筑土地資源越來越緊缺，因此高層或超高層住房將成為城市住宅的發展方向，相較于傳統的建筑模式，高層建筑等新型建筑的建設具有更大的難度，這就要求相關的施工建設人員應該重視房屋結構優化問題，在減少資金投入的同時，進行細致的建筑設計方案規劃，運用新技術和新理念，建設出既安全又經濟的建筑。根據相關數據可以看出合理的房屋結構設計可以減少建設資金投入，與沒有進行設計優化的建筑相比采用優化法進行優化后的建筑能夠節省10%～20%的建設費用。不過，在實際的施工建設過程中，優化設計的實施往往不是一帆風順的，可能因為多方面的限制而難以進行。首先，很多施工單位都會因為趕工程進度，而不顧施工質量，對于房屋設計的缺陷不予及時的優化處理，而對最后的建筑質量造成影響。其次，還有一些施工建設人員自身經驗不足、專業素質不高，無法進行建筑設計優化。最后，還因為一些施工建設人員和設計人員只注重建筑的部分建設，而忽視建筑的整體設計，不能準確的制定工程預案，影響建筑整體的造價。對建筑的結構進行設計優化能夠合理的規劃建筑設計，減少工程資金投入，房屋結構各個方面整合起來，保證建筑質量，為人們提供經濟安全的住房。

二、結構設計優化技術的方法

1.建立相應的結構優化模型

結構優化設計的實質，是利用相應的數學知識，對就愛你住結構中的各種參數進行整理和分析，然后依據結構整體，構建相應的數學模型，尋求最優設計的過程實際上就是對最優解的求解過程。因此，在對房屋結構進行優化設計時，需要建立相應的優化模型。首先，對設計變量進行合理選擇，設計變量對于房屋結構設計的影響是十分巨大的，設計人員需要按照變量的重要性，對其設計的參數進行分類，將影響較小的變量作為預定參數，從而簡化計算流程。其次，要對目標函數進行確定。在這里的目標函數，就是滿足建筑實際需求的最優解。然后，明確約束條件。對于房屋結構優化設計而言，其約束條件主要包括強度約束、尺寸約束、應力約束、彈塑性約束時，可以按照現行的房屋建筑設計規范，對優化設計的約束條件進行明確。

2.確定結構設計優化方案

對于房屋建筑而言，結構設計的優化方案，主要是指結構的布局以及細部的優化。結構布局的合理性直接影響著房屋結構的造價，因此要求其結構盡量簡單，傳力直接，避免多次傳力的情況。而細部優化是一個較為廣泛的概念，包含的內容相對較多，根據其對于房屋結構的影響程度分析，最為關鍵的部分，是對構件截面的合理選擇。例如，豎向構件應該在滿足實際需求的前提下適當選擇軸壓比，軸壓比過大或過小都會影響配筋的設置。梁的截面設置同樣如此，如果截面過大，會影響建筑內部的有效空間，而截面過小，則會導致配筋相對較大，影響造價。

三、建筑結構設計中優化設計的技術方法

1.保證設計優化的可靠度

對于房屋的結構的設計優化來說，必須確保結構的可靠度，來對優化設計相關的約束條件進行相應的確定，設計優化的約束條件主要包括裂縫寬度約束、結構強度約束、尺寸約束、構件單元約束、應力約束、結構體系約束、從可靠指標約束到確定性約束條件以及從正常使用極限狀態下的彈性約束到最終極限狀態的彈塑性約束等約束條件。在進行結構設計的時候，確保每個約束條件都必須滿足相關要求，以實現最佳的設計。在設計過程中必須對細部的結構進行相應的設計優化，例如，在現澆的混凝土異形的板料，其拐彎處容易開裂，我們可以簡化成矩形板，然后再合理的選擇鋼筋，在滿足其結構的基本要求條件下，達到既安全又經濟的目的。

2.概念設計

對于房屋建筑而言，在相同的建設條件下，采取不同的結構布局方式，就會產生不同的設計效果。因此，在房屋結構優化設計的過程中，應該實現細部結構優化與概念設計的有機結合，這樣才能切實有效地提高結構優化設計的效果。這里的概念設計，主要是指將建筑的設計概念作為設計工作的重點，屬于一種貫穿設計整個過程的設計方法，主要是針對缺乏相應數值的細節進行處理，如地震設防烈度量化等情況，如果單純依靠相應的公式，得出的結果必然會與實際情況存在較大的差異，而采用概念設計的方法，則可以將數值作為一種參考依據，從而對結構設計中的細節進行合理把握，提升結構優化設計的質量。

3.選擇最適宜的基礎形式

根據相關統計，建筑基礎形式在房屋建筑的投資成本中占到30%左右，所以建筑基礎形式是影響工程成本的主要因素。一種合理、優化的建筑工程基礎形式，對建筑工期和建筑工序等都會有利?，F在我國的房屋建筑主要是指高層或者超高層的樓宇建筑，所以對于地基的選擇也就顯得至關重要，基礎機構的造價與地質條件有著非常緊密的關系。因此一定要選擇好最優化的基礎形式。

4.材料優化設計

建筑結構在材料方面的優化就是使建筑材料最充分的利用，對材料的選擇很關鍵，選擇合適的材料既能夠滿足使用的功能，又能提高房屋建筑質量，當然還能最大化地降低成本，節省更多資源。所以要求在材料采購選擇時一定要對所需的材料性質、各項質量指標熟悉了解，購買時本著經濟實用的原則。材料也要方便施工，保證施工安全易操作。鋼筋是建筑時最重要的材料之一，在選擇時大部分的設計人員都會強化著眼于鋼筋的配置計算上，很容易忽視鋼筋的種類?，F在市場中鋼筋的種類很多，所以好的優化設計方案應該是在滿足設計承載力要求的前提下，選擇適合的鋼筋種類和數量，這樣就能很大程度上降低資金投入。

5.排水結構協調優化

在工程建設中建筑的給排水專用房里面往往會有很多機械設備，這樣會加大其負荷量，因此需要盡量把水泵安置于地下室中。值得注意的是排水房間中的管道數量較多，且大小不一、粗細不同，所以要在樓板上加固穿孔位，預留符合標準的孔洞，盡量不要設置會影響水平方向管線貫穿柱和建筑梁結構的孔洞。如果管道貫穿的是房屋的承重墻，還應該注意對墻體進行加固和維護。盡可能確保結構的布設同管網體系相協調，避免出現管道繞柱或梁的狀況。

6.結構同電氣的協調優化

如果用導線的形式將電氣的管線安裝于金屬管外部或墻體、樓板處，那么就會加大施工難度。因此，在管線貫穿建筑梁的情況下，需要在保證墻體厚度的同時在建筑梁上打孔，并要保證墻體一側平面和建筑梁齊平，不能讓管線暴露在墻體外。

綜上所述，對建筑結構進行優化設計，對工程預算能夠有效的減少，對建筑的使用功能也能更好的保證。因此要做好建筑結構的優化設計，采用新的技術，設計合理的優化方案，保證房屋建設的安全經濟。

參考文獻：

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