建筑结构优化设计在建筑领域的应用

建筑结构优化设计在建筑领域的应用

柴玉伟

身份证号：13052119880528xxxx

摘要：随着现代科学技术的快速发展，人们对物质需求越来越强烈，对市场的需求以及对各种事物的要求越来越高，其中就表现在建筑结构上，目前各种建筑的工艺越来越复杂，相应的技术越来越先进，因此对建筑结构的设计与实践运用提出了更高要求。我们应该充分结合理论与实际，发掘新特点优势，从实际出发，立足本质，进行好建筑结构的优化和实际部署应用，本文从建筑结构优化的意义以及优化设计的应用进行了探究。

关键词：结构设计；建筑结构；优化技术

一、结构设计优化概述

结构的设计优化方法主要包括两个方面，一个是从整体出发，对结构模型进行合理调整，通过控制位移、刚度等参数保证结构的整体稳定性。另一个是从分部出发，对建筑物的基础结构、上部结构和围护结构等方面进行优化设计。对这些分部进行优化设计时，需要对建筑结构进行选型与布置，并进行工程造价分析和受力分析等。在具体的结构设计优化中，要以建筑工程的实际情况为基础，以实现建筑的经济效益和综合效益为目标进行设计优化。另外，在进行结构设计前，要对建筑的功能准确掌握，在此基础上尽可能地使各个平面布置的均匀、规则，使不同部位的质量和刚度差异得到缩小，避免建筑物在水平荷载作用下发生巨大扭转。竖向上要尽可能避免转换层的使用，避免应力集中问题的发生。

二、建筑结构优化设计及其原则

1建筑结构优化设计

建筑结构优化设计是指在符合各种特定要求和某些规范条件下，能够使结构的刚度、造价、重量等目标达到最优的设计方法。优化设计就是在可用的设计方案和措施中选择最为有效和高质的方法。

结构优化设计的过程一般是条件-分析-搜索-最优设计，其始终综合性的结构分析过程。搜索是指对结构设计方案进行修改和优化的过程，它首先会分析设计方案能否符合各种目标条件，如果不能，则对其进行规则性的修改，从而逐渐接近预期目标。结构优化设计的实质目的就是在所有的可选设计方案和措施中选择造价最低、材料最省、最接近预期目标的方案，这样结构设计实际就是在“比较和分析”基础上逐步演变成“优选和综合”过程，这对于工程结构质量和经济效益的提高具有重要作用。

2建筑结构优化设计的原则

2.1安全性。安全性是建筑结构设计中的首要考虑因素。建筑结构优化设计中，要在设计阶段、决策阶段综合考虑建筑的安全性，在保证建筑结构安全可靠的基础上开展的优化。

2.2经济性。建筑结构优化设计的经济性原则是指能够在新的市场经济条件下完善资源配置，就是在建筑结构的优化设计过程中，能够对各类资源材料实现最高的利用率和最大程度的节约，从而最大化的节省成本。此外，对于部分稀缺材料的应用，在建筑结构优化设计中要尽可能减少材料使用量，减少建材使用成本。

2.3功能性。建筑的主要作用就是为人类提供重要的生存环境，因此建筑结构优化设计的最终目标也是尽最大可能满足人们的各种建筑需求。现代结构设计中除了要加强传统的使用功能，还要不断提高建筑的协调性、智能化、美观性和舒适性等，以此不断使最大限度的发挥建筑的功能性需求。

2.4环保性。环保性原则是现代建筑设计中必须重视的一条重要原则。建筑结构优化设计应当通过整体布局环保、建筑材料环保等多方面来实现建筑的可持续发展。在建筑的整体布局中，要在加强建筑结构主体环保的基础上，不断改善建筑过程中废旧材料的利用率和提高建筑未来使用中对环境的适应性功能。在选择建筑材料时，应当在确保建筑安全性和功能性的基础上，加强对环保型材料的选取。

三、关于建筑结构优化设计在建筑建构设计中的应用

1合理选择结构方案

建筑结构设计的目的是力求设计方案经济、合理、适用，概念设计必须选择一个经济合理的结构方案，即要选择一个切实可行的结构形式和结构体系。结构体系应该明确总体布置、抗震节点分析、应力等方面。同一结构单元不宜混用不同结构体系，力求平面和竖向规则。

2建筑地基结构设计

对于建筑工程来讲，地基是保障建筑质量的根本性环节，同时也是整个结构设计之中的核心部分。地质因素是地基设计当中需要重点考虑的问题，房屋的承载力、水文地质条件以及区域性的抗震性等，都需要进行综合协调和处理。所以，针对房屋建筑结构设计的地基设计，需要在认真、细致的比对基础上确定出最为经济、可靠的形式。一般来讲当基础宽度在2.5米以内，需要首先考虑到四合土条形基础、灰土条形基础等刚性比较强的基础类型；而当建筑的基础宽度在2.5米以上，则需要采用一些柔性较强的基础类型。另外，对于建筑承载比较多并且没有地下室的多层建筑结构，由于其结构类型属于内框架结构，所以应当采用交叉梁的设计形式或者是十字型的地基，来增强地基的强度，有效的避免不均匀沉降情况。在地基设计之中，后浇带的地基设计结构样式可以合理的确保地基避免不均匀沉降现象，由于后浇带的设计形式所使用的建筑材料比原先的建筑构件更加具有稳定性，并且其混凝土具有微膨胀的特性，所以可以带来更好的牢固性。

3砌体结构的设计优化

砖砌体在房屋建筑结构中主要担负着抵抗侧向位移和承重的作用，它的布置方式较为多变，但是在跃层结构或表现出过大的受力结构中却并不适宜。通常应该对其进行以下方面的优化，优化平立面结构，保证建筑形体的规则性，抗侧力构件平面布置宜规则对称，侧向刚度沿竖向宜均匀变化。纵向抗震墙体在建筑整体中，必须保证有三条以上，合理规划门窗的开口规格，一般要将宽度控制在2m或2m以下，这样的设计有利于增加建筑结构的稳固性。

4剪力墙的设计优化

对剪力墙进行优化设计，其中连梁是最为重要的环节。如果将连梁的剐度增加，就一会产生增加建筑结构地震作用的情况，同时也就造成了连梁与墙肢的内部受力分配大幅度增加，这样就应该将此处构件的钢筋配置适度增加，从而使建筑材料受到不必要的浪费。所以，在进行房屋建筑结构的设计时，不应该选择将大刚度窗下墙当做连梁的设计。应该选择的设计方式应该是把连梁设计成刚度与截面较小的弱连梁，并且在达到结构的刚度与变形程度要求的条件下，进行经济与变形能力等多方面思考，对构件进行合理的布置。一般来说，剪力墙设计越多，建筑结构也就具有更大的抗侧力，从而减少建筑结构的位移，却导致了地震力的增大。

5建筑结构细部设计优化

进行建筑结构的设计优化，不但要关注整体设计，也应该对各个细部结构部件的设计给予重视，比如进行现浇板的设计时，为了达到去除拐角裂缝与结构受力均匀的目的就需要将异形板划分为矩形板。对于建筑结构底部的框架抗震墙的钢筋配置通常较大，如果在材料选用上使用冷轧带肋钢筋则能够适当减少钢筋配置，从而更加便于施工和达到控制工程造价的目的。在有关设计技术优化方面，也可以增加对现代化高科技的利用。如今计算机仿真优化设计形式已经在建筑工程设计行业得到了广泛的运用，基于计算机软件对设计思路进行模型化的分析，直观而准确。因此人工设计配合计算机的运用进行房屋建筑工程的设计优化应该得到更加有力的推广。

总结语

根据建筑市场的要求，在房屋结构设计中灵活运用结构设计优化技术，这对建筑企业节省资源、获取最大经济效益等方面有着至关重要的影响。运用科学合理的结构优化设计手段，在确保建筑结构安全的基础上进行局部调整，使整个建筑结构更具可靠性与稳定性，促进建筑企业快速发展。

参考文献

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[2]冯涛，张玉洁.基于遗传算法的建筑结构设计优化设计探讨.《科技创新与应用》.2012年9期

[3]刘霞.试论建筑的施工建设技术发展和建筑结构设计之中常见的问题[J].施工资讯，2013（06）.