结构设计优化技术及其在建筑结构设计中的应用

马峦

摘 要：在建筑结构设计中，结构优化设计技术起到了至关重要的作用，采取合理的结构优化设计不仅仅可以节省大量的建筑结构空间设计，更加可以节省大量的资金，创造更多的经济价值，在结构优化设计中，应用现代化的科技手段，构建合理的建筑设计方案，进而达到经济适用的目的。文章主要针对结构优化设计在建筑结构设计中的应用进行简要的分析与总结，并对其存在的问题提出相应的解决措施，仅供参考。

关键词：结构设计；建筑结构；优化技术

1 建筑结构设计的重要性

随着经济建设的不断变化与发展，人们对于建筑行业的逐渐重视，新的技术以及理念也在不断地被应用于其中，计算机技术的普及引起了建筑行业新的变革与发展。建筑结构设计就是采取先进的设计手段及理念，在有限的空间范围内进行完整的、合理的优化设计，将使用空间最大化，同时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的重点不仅仅体现在设计理念上，而且对于其结构设计的经验总结也是极其重要的，随着计算机的发展，对于工程师的设计手段又提出了新的标准与要求，建筑工程设计师不仅仅要掌握专业的设计理念，同时还要掌握基本的计算机技能，将设计理念与计算机技术相结合使其更上升一个合理的高度，此时设计理念就尤其的重要，在整个建筑结构中必须完全的充分体现出来。

2 建筑结构设计优化方法的应用及实践价值

2.1 结构设计优化方法的应用

结构设计优化主要体现在房屋工程总体设计以及局部设计当中，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，对于结构基础方案的优化、房屋建设的优化、围护方案的优化、结构设计的优化等一些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，还要结合具体的实际工程情况，进行合理的分析与总结，将其设计优化的整理理念可以充分体现在建筑结构优化设计中，在满足相关规定的前提下，进行经济效益的结构设计优化，进而达到节约经济的目的。

2.2 结构设计优化方法的实践价值

在进行结构设计优化的过程中，必须从其长远的利益出发，将其结构设计的合理性完全的在整体建筑结构中有所体现。不能只顾眼前的建筑结构设计所产生的经济效益，这样很容易导致在使用中，随着时间的累积而将导致严重的经济失衡。在传统的设计理念里，采用其结构设计优化可以使建筑工程造价的成本降低至5%～30%左右。然在结构优化设计中，利用材料的性能可以有效的将其建筑结构优化的各个部门得到很好的协调，在满足建筑规范的前提下，达到“适用、安全、经济”的目的。

3 民用建筑结构设计与经济性的关系

3.1 结构设计与用地的关系

随着经济的不断变化与发展，建筑行业的发展也得到了突飞猛进的发展，尤其是近年来高层的广泛出现，更是缓解了城市用地的紧张情况。结构设计的优化更是完善了高层建筑的设计要求及标准，房屋总体高度的不断增加，进而使房屋间的距离也在不断的加大。因此，用地的使用面积并不是随着层数的逐渐增加而相应的减少。

3.2 结构设计与造价的关系

建筑层数对单位建筑面积造价有直接影响，但影响程度对各分部结构却是不同的。屋盖部分，不管层数多少，都共用一个屋盖，并不因层数增加而使屋盖的投资增加。因此，屋盖部分的单位面积造价随层数增加而明显下降。基础部分，各层共用基础，随着层数增加，基础结构的荷载加大，必须加大基础的承载力，虽然基础部分的单位面积造价随层数增加而有所降低，但不如屋盖那样显著。承重结构，如墙、柱、梁等，随层数增加而要增强承载能力和抗震能力，这些分部结构的单位建筑造价将有所提高。

3.3 高层住宅结构设计与经济性的关系

住宅的层高直接影响住宅的造价，因为层高增加，墙体面积和柱体积增加，并增加结构的自重，会增加基础和柱的承载力，并使水卫和电气的管线加长。降低层高，可节省材料、节约能源，有利于抗震，节省造价。同时，除降低层高可以减少住宅建筑总高度，缩小建筑之间的日照距离，所以降低层高能也取得节约用地的效果。

在相同建筑面积时，住宅建筑平面形状不同，住宅的外墙周长系数也不相同。显然平面形状越接近方形或圆形，外墙周长系数越小，外墙砌体、基础、内外表面装修等也随之减少，并且受力性能好，造价会降低。考虑到住宅的使用功能和方便性，通常单体住宅建筑的平面形状多为矩形。

4 结构设计优化技术在建筑结构设计中的应用

4.1 直觉优化（概念设计优化）技术与建筑结构设计

对于同一建筑方案，可以有许多不同的结构布置设计；确定了结构布置的建筑物，即使在同种荷载情况下也存在不同的分析方法；分析过程中设计参数、材料、荷载的取值也不是惟一的：建筑物细部的处理更是不盡相同，这些问题是计算机无法完全解决的，都需要设计人员自己作出判断。而判断只能在结构设计的一般规律指导下，根据工程实践经验进行，这便是前面所说的概念设计。因此，概念设计存在于设计师对多种备选方案进行选择的过程中。

4.2 概念设计处理的实际建筑设计问题

在建筑结构设计中，很多外在因素是难以控制的，尤其是地震这种破坏力极强的自然灾害，对于建筑结构来说，破坏性是不可估计的。故此，在进行实际建筑设计时，必须充分考虑其建筑结构的地质特征，采用概念处理的原则进行合理的规划设计，将其存在的危险因素降至最低。在进行建筑结构设计时，要充分考虑抗震性能的重要性，分析其建筑阶段所受到的各种危险因素，采取合理的技术手段，在建筑施工中注意刚度均匀、对称的重要性，同时还可以采取延性的设计原则，它可以有效的防止建筑结构在地震发生时所产生的突发性破坏力，同时还能有效的减少地震的部分压力，消耗一定的能力，减少破坏。

5 结束语

建筑是凝固的艺术，建筑师总是希望通过建筑物表达自己的设计意图，力求艺术性和实用性的完美结合。结构师在保证安全性的前提下，当然应该敢于挑战新的结构形式，使建筑师的意图得以实现。在建筑结构设计的过程中，在基本满足建筑师设计意图的基础上，平面布置应尽量规则，对称，尽量缩小质量中心和刚度中心的差异；使建筑物在水平荷载作用下不致产生太大的扭转效应。竖向布置上，在满足功能要求的前提下，尽量使竖向承重构件上下贯通；能不使用转换层的就应避免使用，以减小结构分析和设计上的困难，另外也不经济，还容易造成应力集中；竖向刚度最好不要突变，而要渐变，否则突变处在水平荷载作用下会出现严重的应力集中现象，这对结构抵抗水平动力荷载是十分不利的。

参考文献

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