建筑结构设计的优化方法及应用分析齐小宇

建筑结构设计的优化方法及应用分析齐小宇

齐小宇

中国五洲工程设计集团有限公司北京100053

摘要：随着生活水平的提高，人们对于物质生活条件有了更高的要求，对于房屋的质量要求也越来越严格。在建筑结构设计上，要兼顾经济性与实用性，既要保证建筑物的安全性、合理性，又要考虑建筑物的实用性、美观度。因此不断对建筑结构设计进行研究、优化和创新，希望有助于建筑行业发展。

1建筑结构设计的优化方法在建筑结构设计中的重要性分析

近些年来，我国经济建设发展迅速，这就导致建筑行业的发展开始朝着多元化的方向发展，人们不仅追求高质量的建筑结构，还更加关注建筑的功能、外观与经济适用性，建筑结构的设计有着很大的发展空间。现在我国建筑多以高层建筑为主，这是一种较为特殊的建筑结构，在房屋结构设计中，想要节约资金与成本，就需要运用到建筑结构设计的优化方法，从而为建筑的结构设计提供更加有利的方案。优化建筑结构的设计，就要将建筑结构的安全与质量工作放在整体设计的基础位置，要对建筑结构设计方案中的每一个要点与细节进行全面的研究与优化。在进行建筑整体结构的设计时，要利用先进的优化设计思想与技术进行结构设计方案的优化，这样可以有效的控制整体建筑施工的成本。建筑结构设计的优化方法在房屋结构设计中的应用具有较高的优势价值。在进行房屋结构设计的优化时，要综合考虑到多种情况的具体分析，要对整体以及部分的建筑结构进行全面的优化，从而保证房屋建筑结构整体质量的优良，还要确定结构构件之间的功能配合，提高整体建筑结构的功能与质量水平，节约资金成本，提高建筑结构的经济性与适用性。建筑结构设计的优化方法在建筑结构设计中的应用中具有较高的实用价值。

2建筑结构设计的优化方法

2.1确定合理的建筑设计方案

在确定合理的建筑结构的设计方案之前需要完成以下几个方面的工作：第一，需要考虑当代社会大众对于建筑的需求，在建筑的施工地点进行实地考察，分析建筑物周边的环境,地质特点等等会影响到建筑的因素。第二，需要在正式开始施工之前对建筑结构的设计有一个具体的方案，在设计施工方案时需要了解用户对采光方面的要求，根据建筑完工时的高度来设计建筑结构，最大限度的保证建筑采光的充足性。第三，在保证建筑质量的前提条件下合理控制工程的预算，节约资金成本，在设计施工方案的过程中可以有效地利用计算机技术演示出建筑的三维立体模型，从而帮助设计人员直观的了解房屋的外部结构和内部构造。第四，建筑作为一项需要耗费很长时间和资金的工程项目，需要设计人员在前期的设计中提升设计的可靠性，其中为了避免出现计算上的误差，需要设计人员建立多个模型根据施工现场的具体情况，以功能完善的设计程序为基础，确立最终的房屋建筑的设计方案。

2.2优化建筑防震设计

在人类的进化发展史上，人类的居住环境从最初的山洞到如今的高楼大厦，改变的不仅仅是居住的环境，还有社会大众对居住条件的要求，除了对居住环境舒适感的要求越来越高之外，还有对建筑安全性和稳定的要求，我国作为常发地质灾害的国家之一，地震的发生往往会给国民的生命财产安全带来很大损失，因此房屋建筑的优化设计必须要考虑到防震性能，其中为了提高建筑的防震性能，应在建筑内留有充足的安全措施空间，改变建筑的传统结构，合理设计结构上方的剪力墙，在设计的过程中注意剪力墙的面积不宜过大，这样才能在在地震灾害发生的时候将地震产生的力分散开来，减少地震对房屋建筑带来的破坏，为住户的生命财产安全提供有力的保障。

2.3建筑结构设计优化的局部性和整体性

从建筑结构设计的复杂性来说，设计的内容包括建筑材料的选择以及建筑结构类型的选择等。从建筑结构设计的层次性来说，建筑结构设计优化的内容包括建筑整体的设计，建筑局部的结构设计，建筑的设备、电气设计及安装体系等。在这些体系下，还有许多子体系，通过子体系的联结，可以形成一个大的结构体系。通过整体结构设计与局部结构设计的共同优化，可以在很大程度上提升房屋建筑的安全性、合理性，降低工程建设的成本。在建筑结构设计优化的过程中，需要考虑到建筑整体平面与建筑结构的协调，通过对建筑整体平面与建筑结构的协调设计，可以在很大程度上提升建筑的美观性。保证建筑结构整体上的协调优化，需要坚持简洁原则，尽量避免墙柱错位的情况发生。建筑的截面面积需要与建筑的高度相协调，保证两者的比例处于最佳的范围。在建筑电梯或楼梯的结构优化时，需要尽量降低其自重，选择承重能力强的材料，保证电梯或楼梯的稳固性。建筑在整体结构设计优化中，需要采用简洁的几何结构，在保证建筑稳定性的同时，也提高了建筑的美观性。整体结构可以通过选择合理的结构方案，实现整体结构的优化提升。建筑的局部结构使的优化提升可以逐渐累积，实现对建筑整体的优化提升。设计人员在优化设计的过程中，可以选择最优的局部结构设计方案，每一个局部结构设计的优化可以带动建筑整体结构设计的优化。

2.4将计算机技术充分应用于建筑结构设计优化中

随着科技技术的不断发展，计算机技术的使用范围也随之变得广泛起来，计算机技术的使用方便着社会大众的工作和生活，近年来，计算机技术也被应用于建筑的设计中，例如，通过计算机软件将与房屋建筑相关的数据信息收集在一起并及时进行准确的处理，以此来降低因为人工收集、处理信息出现错误的概率，从而减少因为数据错误给企业带来的损失，除此之外，还应增强设计人员工作积极性，计算机技术可以在很大程度上给设计人员提供工作方面的便利，但不能完全依赖计算机技术设计建筑结构，计算机软件虽然可以对建筑进行快捷准确的设计，但这样的设计都是系统内部预先设计好的，无法考虑的多方面的艺术，缺乏一定的应急能力，因此，在计算机技术应用于房屋建筑设计的工作时，也需要提高设计人员的主观能动性，确保房屋建筑可以顺利施工，能够满足社会大众的需求，促进建筑企业的发展。

3建筑结构设计的优化方法的应用

3.1案例概述

某高层住宅建筑由四栋高层塔楼构成，地上建筑楼层数量为26层，地下2层，用作停车场及建筑设备库房。总体建筑面积大小为42311m2，其中塔楼高度均为79.200m。本工程建筑结构的安全等级为二级，结构设计基准期为50年，结构设计使用年限为50年，建筑抗震设防类别为标准设防（丙）类，地基基础设计等级为甲级。本工程为抗震设防工程，工程所在地区的抗震设防烈度为Ⅶ度，设计基本地震加速度为0.1g；设计地震分组为第一组，基本风压为0.50kN/m2。选取其中一个户型塔楼作为案例分析。

3.2优化设计方案

一个工程的结构方案并不是唯一的，对于一个建筑而言，总有几个可行的结构方案，而结构方案的选取在结构设计的过程中占据着主导作用，所以结构布置方案的优化设计显得尤为重要。该项目塔楼高度为79.200m，结合以往工程经验及建筑专业对内部空间及户型布局等要求，选取剪力墙结构。故本项目地上结构的造价控制主要体现在两方面---结构布置的优化与构件设计的精细化。结构布置的优化工作，首先是根据具体的建筑方案制定若干个适用的结构布置方案，调整建筑方案中不合理的布局，避免严重不规则的平、立面布置，然后通过反复的电算分析来研究结构材料成本对结构抗侧刚度的敏感性（主要是整体结构造价与各结构布置方案的关系），尽量使平面的质量中心接近于结构的刚度中心，承载力和刚度在平面及高度尽量均匀分布，避免突变及应力集中，进而找到正确的结构

布置调整方向，再通过电算优化来确定最终的结构布置。

在基础型式设计上，根据前期的实际勘察情况，本项目土质依次为素填土-中砂-淤泥质粉质粘土-粉质粘土-中砂-粉质粘土-粘土-中砂-粉质粘土等。根据该地区经验，基础形式可考虑选择预制桩或钻孔灌注桩。在设计过程中，我们对两种桩基形式均做了初步的方案布置及计算对比，同时将组织院里技术总工、勘察专家及业主对基础方案进行评审。在综合考虑施工顺序，综合造价及工期要求等各因素之后，我们选择了PHC管桩基础。PHC管桩制作方便，成桩速度快，桩身质量易于控制，承载力高，并能根据需要制成不同形状、不同尺寸的截面和长度，且不受地下水下影响等优点可以有效的应用在该项目上。

4结束语

总而言之，随着经济快速的发展，时代的不断进步，人们的生活质量不断提高，人们对于建筑物的要求也越来越高，不仅要求安全经济，更要求美观舒适。因此，加强建筑的结构设计优化就显得非常重要。

参考文献

[1]徐国闻.建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的应用[J].建材与装饰，2016（52）：81-82.

[2]宋尧.建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的应用研究[J].中国高新区,2018(14):177.

[3]王丽娟.房屋结构设计中建筑结构设计优化方法的应用分析[J].建材与装饰,2018(28):78-79.