结构设计的优化措施的探讨

结构设计的优化措施的探讨

龙传江

重庆华筑建筑设计集团有限公司   重庆市渝北区  401120

摘要：结构设计作为设计的核心要素之一，对实现可持续发展目标起着至关重要的作用。它不仅直接影响建筑物的稳定性和承载能力，而且与能源效率、材料选择、碳足迹等方面密切相关。因此，在结构设计中整合可持续发展的理念和策略，成为了推动建筑行业向可持续性发展的关键所在。

关键词：结构设计；优化

引言

结构设计的优化措施探讨旨在提高建筑物的功能性、安全性和经济性。通过分析建筑物的整体布局、材料选择、结构体系等方面，寻求合理的设计方案，以满足不同需求。本文将重点讨论结构设计的优化措施，以提高建筑物的设计质量和水平。

1.结构设计的现状

结构设计是建筑行业中至关重要的环节，它直接关系到建筑物的安全性、耐久性、经济性和功能性。随着技术的发展和社会需求的变化，结构设计领域也在不断进步和演变。现代结构设计越来越多地依赖于计算机辅助设计（CAD）和结构分析软件。这些工具提高了设计的效率和准确性，使得复杂的结构分析变得可行。此外，现代结构设计也更加注重性能化设计，即注重结构在实际使用中的性能，而不仅仅是满足规范和标准。这种设计方法可以更好地满足建筑物的实际需求，提高其整体性能。另外，随着环保意识的提高，结构设计中也越来越注重使用绿色建材和节能设计，以减少对环境的影响。总的来说，现代结构设计是一个综合性的、多学科交叉的领域，需要设计者具备广泛的知识和技能，同时也要不断学习和适应新的技术和理念，以满足不断变化的社会需求[1]。

2.结构设计的影响

2.1结构系统对能源效率的影响

不同的结构系统对建筑的能源效率有很大的影响。使用高效的结构系统可以减少能源消耗，改善建筑的保温和通风。采用双层玻璃幕墙、外部遮阳装置和隔热材料等技术可以改善建筑的隔热性能，减少冷暖气的能量损失。透明绝缘材料的应用也可以实现建筑外观的美观性和室内照明的自然采光效果，减少对照明系统的依赖。另外，结构系统还可以通过优化建筑的通风和空调系统来提高能源效率。

2.2结构优化导致碳足迹减少

结构优化是实现碳足迹减少的重要手段。通过使用先进的建模和分析工具，可以在不影响结构性能的前提下，最小化材料使用量和碳排放。一个典型的例子是混凝土框架结构的优化，传统的混凝土框架结构在设计时通常过于保守，导致材料的浪费和能源的浪费。通过采用先进的结构分析软件和优化算法，可以确定最优的结构形式、断面尺寸和材料配比。在混凝土结构的优化设计中，可以将碳足迹减少10％-30％，甚至更多。其他类似的结构系统，如钢结构和木结构，也可以通过结构优化来减少碳足迹。通过使用建筑信息模型（BIM）、有限元分析和参数化设计等工具，结构工程师可以评估不同方案的环境影响，并选择最佳的设计方案[2]。

3.结构优化设计的基本原则

3.1安全性原则

安全性能可以说是每一个建筑都必须具备，对于不同的区域以及不同的用途，其安全性能等级也会略有差别。安全性可以分为两种：第一，施工中的安全，如若设计人员不注重施工的先后顺序，就会有可能导致在建建筑构件倒塌，从而危害到施工人的生命健康；第二，用户安全，有些建筑的安全性能没有达标，在遭到一些地质灾害或是意外情况，会致使建筑内的人民受到伤害。

3.2方案选择原则

在结构设计和实际施工中，必须遵循一定的要求和规则，工程总体设计和施工方案的好坏直接决定了整个工程的实际施工质量和效果。因此，在选择工程建设方案的过程中，设计师需要站在整体结构设计的角度，以严谨、科学、规范的态度选择合适的工程建设方案。并且，设计人员在实际作业中，需要从多个角度考虑工程项目结构设计的科学性以及合理性，充分结合土建工程施工区域的地质水文情况、气候温度状况和施工现场环境等内容，综合所有足以影响施工进程和施工质量的因素进行考量。

3.3环保性原则

伴随着人们物质生活质量的不断提升，其对建筑的绿色以及环保也提出了更新的要求，与此同时国家也提出了绿色发展的战略。所以，在土建结构设计与优化的过程当中，相关工作人员首先需要对建筑的用料进行充分考量，不仅需要充分注重材料的性能，还需要充分考虑其环保性能，其次，对土建绿化也需要进行更为详细的设计，进而使得绿化面积可以充分符合相关要求。

4.结构设计的优化措施

4.1概念设计

建筑结构的优化设计首先应从概念优化入手，建筑结构设计工作量大，单凭一人之力很难完成。因此，在这项工作中，经常会聘请一个完整的设计团队，团队中的每个设计师对项目的理解都不同。设计师会有自己个性化的观点和创新的想法。所以在正式开始结构优化设计前，应开展概念设计，统一建筑结构设计的整体概念。设计团队需开会商讨该工程项目的相关资料，包括立项资料、合同资料以及工程建设当地的实地考察资料，并完成项目的集中概念讨论。在此过程中，确定整个项目建设风格、结构设计重心，并邀请施工团队、业主等其他主体，共同开会商讨该概念的可行性。通过前期讨论环节，使各参建主体了解该项目重难点任务，明确项目整体概念，既能避免后续因工程结构设计概念不清晰、概念混淆等问题引发的矛盾，还能加强各个主体对本工程项目结构设计方案的认知。

4.2优化结构设计方案

结构整体布局的优化建筑形体需求与功能布置为结构整体布局设定了宏观层面的需求，但这无法限制结构整体布局多样性，相同的建筑方案可适用于各种结构方案。但要有效发挥结构整体布局灵活性，需从点到线，再到面，从各个角度形成对建筑方案内在逻辑的深层次理解，之后有的放矢选择合理的结构承重体系、抗侧力体系等，合理设置结构的特殊承载部位，逐步实现整个结构与局部构件在承载中的统一。

4.3优化结构材料的选用

结构的材料性能将直接影响构件的强度、刚度和稳定性，因此材料的选择应以构件的机械性能为基础。对于常规应力水平的构件，应使用相应标识的混凝土和相应强度的钢材。单体建筑结构体量日渐增加，建筑的耐候要求也在不断提高，因此其对构件承载能力、抵抗变形的能力、抵抗外界侵蚀能力的要求也更高，随之出现了高强混凝土、超高性能混凝土、超高强度钢材等各种力学性能、物理性能优异的结构材料。因此在进行结构设计时，设计人员需系统考虑构件的设计力学性能需求，对应位置要使用相对应的材料，发挥材料作用，以此提高材料的整体利用率[3]。

4.4安全结构优化

安全结构优化设计是结构优化设计的重点和难点之一。建筑结构必须保证整体安全系数。在整个施工过程中，无论是施工队伍还是前期的设计规划队伍，都要把安全放在第一位，确保建筑的结构质量合格，安全系数达标。在安全结构优化设计时，要从自身的安全系数以及施工现场的安全管理这两方面入手。首先，设计团队需要分析合同以及立项文件中对该项目的需求，分析各类自然灾害对建筑可能造成的不利影响，提高建筑自身结构的自然灾害抵御能力。另一方面，在安全结构设计时，设计团队要考虑到当地的自然环境、气候特征、施工现场的自然条件等各种客观因素，对整个工程建设推进过程中造成的负面影响。

结束语

综上所述，建筑工程与人们的工作和生活有着非常密切的关系。设计师要不断提高建筑的设计质量，逐步提高建筑结构设计水平，在有效控制建筑造价的同时，实现建筑整体结构设计的优化。

参考文献：

[1]刘琳.工民建结构设计的优化措施的探讨[J].居舍，2019（16）：103.

[2]刘荒茁.剪力墙结构设计在建筑结构设计中的应用[J].住宅与房地产，2018（03）：78.

[3]陈明.关于建筑结构设计中抗震结构设计问题及策略研究[J].建材与装饰，2017（52）：102.