建筑结构设计优化技术探讨

杜 相 安

(太原市城市规划设计研究院，山西 太原 030012)



建筑结构设计优化技术探讨

杜 相 安

(太原市城市规划设计研究院，山西 太原 030012)

论述了建筑结构优化设计的意义，从结构优化设计模型、房屋建筑整体结构选择、信息化技术、节能设计等方面，阐述了建筑结构设计常用的优化技术，最后对结构设计优化技术的前景进行了评价与展望。

建筑结构，优化设计，经济性

0 引言

随着我国经济的不断发展，各行各业都对建筑提出了自己的独特要求，建筑行业一时间得到突飞猛进的发展，同时建筑建造工程也成为社会上造成环境污染、资源紧张的主要工程之一。建筑工程的时间和资金成本有很大一部分是花费在建筑结构的建造上，而建筑结构的设计优化有助于在保证建筑质量的前提下，综合各个影响建筑性能的因素，提高建筑材料利用率、使建筑结构更加科学合理，降低建筑成本，提高建筑的经济效益。因此，建筑师在建筑设计时应注意学习运用，并不断改进结构设计技术，以提高建筑的整体性能、降低建筑结构的成本，进而提高建筑的整体经济效益。

1 建筑结构设计优化的意义

众所周知，房屋建筑结构直接影响着房屋的功能与质量，优化房屋的结构设计对于房屋安全性、持久性、美观性、经济性等都具有十分重要的意义。在房屋建造中，许多因素相互制约着，如果结构设计不合理，很容易顾此而失彼。这些因素包括建筑物层数、土地占有、建筑物结构分布、建筑物结构外观及经济性等。以采光性和建筑密度的关系为例，如果要求在确定的地皮上建造更多建筑面积，那就不得不增加建筑高度，而建筑高度的增加，势必会影响相邻楼的采光性。而建筑设计优化，则是兼顾各个影响因素，根据业主对建筑的功能要求，找到各个因素的最佳结合点，从而提高建筑的经济性与适用性。

2 建筑结构设计的主要优化技术

2.1 结构优化设计模型

建筑结构的可行性直接影响着建造成本的分配情况，分析其可行性的具体原理为将结构化的理念引入到建筑结构设计中来，在各种影响变量中选择主要参数，建立函数模型并得到建筑的最优解。首先要选择合理的影响变量，具体来说，就是将对建筑结构性能影响不大的参数设置为预定参数，将影响较大的参数设置为设计变量，以减少计算量；其次，根据选定的设计变量的相互关系来建立目标函数，并且通过此函数，寻找在约束条件下的最优解；最后，设定约束条件。建筑结构可靠性的要求约束条件包括应力、裂缝强度、结构强度等各个方面，并且在寻找到最优解之后，还要使用分析软件对设计方案进行构图模拟，测试设计方案是否达到最初的设计要求，以及有哪些需要改进的问题。由此在全面的调查分析研究及精准的简图计算基础上，结合之后的模拟检验，使最终的方案设计更加科学合理。

2.2 房屋建筑整体结构的选择

建筑自身的结构类型对房屋建筑的工程成本有很大的影响，普通房屋建筑的结构类型主要包括以下几种：

1)抗风墙类型。此结构类型被广泛应用于高层建筑中，以混凝土为基础，其优点是建筑抗震能力强，并且钢筋等材料使用数量较少。2)框架类型。这种结构类型的优点是在建筑结构布局上很灵活并且造价较低，其缺点是柱结构自身的截面较大，因而降低了抗震能力。3)混合结构类型。这种建筑结构类型综合了以上两种结构类型的优点，并适当规避了不必要的缺点。这种建筑结构类型广泛应用于日常的工程建设中，应用性较强并且结构布置等方面的合理性、科学性都有所提高，而且这种混合结构类型的抗震和抗侧力能力很强，因此通常运用于民用建筑工程中。

以上三种建筑结构类型都优缺点共存，并且在不同类型建筑上有所发挥。因此，具体分析和选择建筑结构优化方案具有十分重要的意义。在建筑工程开始之前，施工单位要考虑业主和实地情况对建筑性能的种种要求，使建筑结构优化方案不仅能够满足业主的要求，还可以提高建筑的经济性，一举两得。

2.3 信息化技术的合理应用

在房屋建筑施工过程中，结构优化设计方案受到许多因素的制约，这将对工程的整体进度、建筑施工造成很大影响。因此，建筑工程需要将许多在施工过程中可能会遇到的细节问题纳入考虑范围，综合到建筑结构优化设计中来，以确保之后的正式建筑施工能顺利展开。如今计算机网络、云计算等技术日趋成熟，这些信息化技术的应用可以帮助建筑设计工程师预测建筑建造过程中可能出现的细节问题。例如：通过一些可以定义施工参数的电脑软件，就可以既精准又快速地完成相应任务。在房屋建筑优化设计过程当中，为了简化设计过程，常常只将对建筑性能影响加大的因素纳入综合设计范围，而对那些影响较小的细节问题作为非重要因素忽略，这容易给房屋建筑施工过程带来隐患。电脑设计软件就可以减少甚至避免此类问题的出现，从而弥补设计工程师的不足。通过使用电脑设计软件不仅大幅度提高了建筑结构设计工程师的工作效率，也有力地保障了建筑施工的顺利开展。

TBCAD系统是建筑结构优化设计使用最为广泛的软件，其通过详细分析结构方案、结合各种资源来更加优秀地完成优化设计。TBCAD系统实际操作过程可分为两个主要步骤进行：1)对建筑施工过程使用到的各项资源进行优化设计，既使用少的材料，又达到最好的效果，让房屋建筑的整体结构性能达到最优的配比；2)可以对结构设计当中使用的构件强度进行优化，即对每个部件当中钢的使用多少与截面的大小进行相应调整，从而达到质量最优、成本最低的目的。

2.4 节能结构设计的优化

在国家绿色发展、循环发展、低碳发展的号召下，做好结构的节能设计是十分必要与重要的。在房屋建筑的使用中，能量开支比较大的活动项目包括取暖、照明等。因此，在结构设计时，要注意设计建筑的主要朝向向南，以得到最大的采光时间，降低照明对电能的消耗；要扩大南面的窗口面积，以得到最多的太阳辐射能；在建筑的北面做好保温设计，进而将热量留在房屋建筑内部，从而提高房屋的保温效果。另外，屋顶的设计可以采用架空的方式来增加房屋的保温；或者铺设循环水管，这不仅可达到冬暖夏凉的效果，同时还可以增加热水的供应量。

3 评价与展望

建筑结构设计优化技术为我国建筑行业的发展做出了巨大的贡献，并在社会上创造了很大的经济效益，对我国实现绿色发展、循环发展、低碳发展具有很大的现实意义。当前，我国建筑结构设计优化技术也在不断创新进步中，新技术新工艺不断涌现出来，并被行业内设计及施工公司所实践和认可。建筑结构优化设计逐渐延伸到建筑设计的更多方面，以发挥更多的功能，促进建筑的使用性能不断提升。另一方面，由于建筑建造工程也是造成大气污染、资源紧张的一大因素，因此国家和社会应不断加大对建筑结构设计优化技术研发人力和资金的投入，使我国的建筑结构设计优化技术得到更快的发展，确保我国的建筑工程更加能够满足社会经济可持续发展战略的需要，并降低社会住房方面压力，改善民生。

[1] 黄 云.简论建筑结构设计优化思路与应用[J].建筑·建材·装饰,2014(13)：52-53.

[2] 梁恒辉.房屋结构设计中的建筑结构设计优化[J].建筑工程技术与设计,2015(11)：95-97.

[3] 闫新红,王雄飞.浅谈房屋结构设计中的建筑结构设计优化[J].房地产导刊,2014(2)：89-91.

[4] 杨 栋.浅谈房屋结构设计中的建筑结构设计优化[J].建筑工程技术与设计,2015(32)：11-13.

[5] 汪建平.建筑结构设计优化技术探讨[J].价值工程,2015(28)：27-28.

Inquiry on optimal design techniques of building structure

Du Xiang’an

(TaiyuanAcademyofCityPlanning&Design,Taiyuan030012,China)

With a discussion on the optimal design meaning of building structure, starting from aspects of structural optimal design model, integral housing building structure selection, information technology and energy-saving design, the paper describes common optimal design techniques of building structure, and makes an evaluation and prospect of structural design optimizing technique.

building structure, optimal design, economy

1009-6825(2016)05-0063-02

2015-12-09

杜相安(1971- )，男，工程师

TU318

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