探析建筑结构设计中结构设计优化技术

探析建筑结构设计中结构设计优化技术

徐佳乐

华星钢构股份有限公司   浙江 慈溪 315324

摘要：对于建筑结构设计的优化，在建筑结构设计中极其重要，因合理选择结构设计方案能满足相应的技术要求，还能降低经济消耗。然而，建筑结构设计的优化是一个复杂且综合性强的系统性问题，必须加大对建筑结构设计优化技术的深入研究。

关键词：建筑结构；优化设计；应用

随着现代建筑的发展，现代建筑结构不仅是人们安身立命的场所，而且人们开始注重建筑使用性能与审美性能的统一。对现代建筑来说，要关注其自身使用性能，因性能的统一能真正保证现代建筑各种性能的高度统一。通过对建筑结构设计相关技术的优化，能真正确保现代建筑满足现代时代要求，能更加符合现代居民对建筑的要求。

一、建筑结构设计的重要性

随着经济建设的不断变化与发展，人们对建筑行业的逐渐重视，新技术及理念也在不断被应用于其中，计算机技术的普及引起了建筑业的新变革与发展。建筑结构设计是采取先进设计手段及理念，在有限空间内完整、合理的优化设计，将使用空间最大化，还要特别注意结构设计与构件之间、结构与结构之间的空间布局，这也是检验建筑结构工程师是否合格的重要标准之一。工程师建筑结构设计重点不仅体现在设计理念上，而且对其结构设计经验总结也极其重要，随着计算机的发展，对工程师的设计手段又提出了新标准与要求，建筑工程设计师不仅要掌握专业设计理念，还要掌握基本计算机技能，将设计理念与计算机技术相结合，使其上升一个更合理的高度，此时设计理念尤为重要，在整个建筑结构中必须完全充分体现出来。

二、结构设计优化技术概念与特征

1、概念。结构设计优化技术是指在开展建筑结构设计中，根据工程建设实际情况，考虑布置、造型、造价等因素，运用相应技术和方法，对围护结构、屋盖系统、结构细部进行优化设计的各种方法与策略总称。随着工程建设的增加，为降低工程成本，提高工程质量，结构优化设计越来越受到人们重视。

2、特征。①设计时必须综合考虑工程建设具体情况，根据工程施工需要，针对性的采取设计策略。②设计方案必须满足工程建设需要，能为工程建设提供相应指导。③设计中需对比不同方案，选择最优方案，提高设计水平，以促进施工顺利，提高整个工程建设项目效益。

三、建筑结构设计优化方法的应用及实践价值

1、应用。结构设计优化体现在房屋工程总体设计及局部设计中，在房屋建设分布设计中，结构设计优化技术起到了至关重要的作用，对结构基础方案、房屋建设、围护方案、结构设计优化等一系列优化设计都离不开结构设计优化的整体布局与设计，在整个优化过程中，还要结合具体实际工程情况，合理分析总结，将其设计优化的整理理念充分体现在建筑结构优化设计中，在满足相关规定前提下，进行经济效益的结构设计优化，进而达到节约经济的目的。

2、实践价值。优化结构设计时，要树立长远利益目标，将建筑结构设计合理性，充分表现在建筑整体结构中，不能只顾及眼下建筑结构设计所能产生的经济价值，这样会导致随着时间累积出现的经济严重失衡，以往的设计结构理念中，运用结构的优化能将建筑工程造价成本降到百分之五至百分之三十之间，在结构设计优化中，充分利用材料性能能充分协调建筑结构优化部门，充分满足建筑规范条件下，实现安全、经济、适用目标。

四、建筑结构设计与经济性的关系

1、结构设计与用地关系。现今，为节约用地，居民住宅大多是高层建筑，总的建筑面积即各层建筑面积的综合，层数与范围建筑面积所分摊的房屋成反比关系，具体来说，建筑拥有着越多层数，单位面积所分摊房屋面积越小，但随着建筑层数的增加，房屋总高度也逐渐增加，这就需增大房屋间距，所以在某种程度上来讲，层数的增加并不会按同一比例增加用地的节约量。

2、结构设计与造价关系。在建筑过程中，层数与单位造价有着密切关系，但对不同部分，影响程度不同。例如顶盖部分，不管建筑有多高层数，都共用一个顶盖。因此随着建筑层数逐渐增多，单位面积承担成本逐渐降低，投资相对较少。基础部分是整个区域内住户的共用部分，随着层数逐渐增多，所要承载负荷相对较大，虽然单位面积承担的成本相对降低，但表现形式相对不明显。承重结构部分，例如墙体、梁柱等，随着层数逐渐增多，需抗震性能和承载能力进一步提高，针对这部分结构，建筑中需更大投入，成本造价相对提高。

3、高层住宅结构设计与经济性关系。建筑的造价也受到了建筑层高的影响，假如将建筑层高加大，则直接影响是建筑墙体总面积加大、整个结构重量加大，建筑基础和柱承受负荷随之加大，所以要增加基础承载能力。然后层高变大，所用材料包括所有管线也要随之加长。所以增加层高伴随而来的是各方成本的升高。同时，层高若太高会使整个建筑升高，增加楼间距，不能很好的节约土地，不利于抗震。若合理降低层高，能有效降低工程造价，还能降低建筑高度，从而达到抗震、节约土地、增加日照。

此外，整个建筑的外形结构也会对工程造价造成影响，因在住宅面积一样大时，建筑不同平面形状导致外墙的总周长也不同，当然外墙周长系数越小其外墙砌体与外墙内外表面装修面积会减少，相应的会减少对基础的一些压力，从而减少工程造价。相对来说，平面形状跟圆形或方形接近时，外墙周长系数越小。结合住宅建筑合理性，大多建筑都设计成矩形，有些设计成椭圆等接近圆形的形状。结构设计优化技术很好的应用后，比传统结构设计让建筑工程造价减少6～34%。

五、结构设计优化技术在建筑结构设计中的应用

1、直觉优化技术与建筑结构设计。建筑结构的平面和竖向布置，设计中是在图纸上进行，不可能在实体上设计，所以设计时要充分考虑建筑结构水平方向与承受力及横纵向平和度。对于同一个建筑设计方案，也可能存在不同布置设计，即使在同种荷载情况下存在不同分析方法与设计手段。在建筑结构设计中，严格遵循设计要求。对建筑设计材料、参数、荷载取值进行综合分析，采用现浇筑楼板或在外伸端部位设置刚度较大的抗侧力构件等，保证高层建筑具备较强抗震能力，其它楼层水平收缩值不能超过下一相邻楼层水平收缩值的25%，一旦发生大地震或其它自然灾害时，最大限度地保证建筑稳固。

2、概念设计处理的实际建筑设计问题。在实际建筑结构设计中，存在多种影响条件不可控，比如地震灾害，其对建筑结构具有毁灭性破坏力，严重影响其安全稳定性。所以，相关设计人员应针对建筑物所处区域条件进行分析，并利用概念设计方式，将一些破坏力较强的自然灾害对建筑结构的影响降至最低。而且设计人员还需明确当地抗震烈度，从而加强建筑结构抗震性能，对建筑结构中各部位进行分析研究，对其在地震中会发生的变化进行概念设计，并根据分析结果制定高效控制措施，降低地震对建筑结构造成的破坏力，提高建筑结构整体稳定性。

六、结构设计优化技术实践应用中需注意问题

1、重视前期参与。因结构优化设计的前期参与直接影响到建筑优化整体效果和最终成本，因此若建筑师能在优化设计前期就能积极参与进来，有利于根据不同类型建筑类别进行更合理的优化设计选择，获得一个良好的设计开端。

2、概念设计结合细部结构设计优化。建筑结构优化设计中的概念设计与一般概念设计无区别，往往是未结合实际数据而设计，因此准确率低，在对数据推演计算中可能会出现较大误差，这是不结合实际情况优化设计的缺点。优化方案的设计人员在工作时，应将实际中相应数值进行代入，提高准确性。此外，概念设计人员还应从整体出发，用一个宏观视觉发现问题，并对其优化设计，从而保障整体建筑质量。

参考文献：

[1]秦宗华.结构设计优化技术及其在建筑结构设计中的应用[J].建筑工程技术与设计，2017(21).

[2]倪虹.结构设计优化技术及其在建筑结构设计中的应用[J].中国房地产业，2017(15).