结构设计优化在建筑设计中的应用探究

邬继勇

（四川省建筑设计研究院，四川 成都 610000）

1 结构设计优化在建筑设计中的意义

如今，随着我国科技水平的不断提高，建筑行业的蓬勃发展，人们对建筑结构设计的要求也愈发严格，愈发迫切。通过运用先进的科学技术，加快建筑结构设计优化的规模和工作进度，以促进建筑行业的稳步发展。

1.1 有利于降低工程造价

通过优化建筑物的结构设计，可以有效地改变空间的使用格局，尽量减少拥挤感，而在高楼层住宅方面，还有利于提高土地面积的使用效率。一般来说，建筑物层数的不断增加，其高度随之增长，由此导致各单元楼之间的距离也要随之拓宽，从而扩大了土地面积的使用量，改变预算的土地使用比例。此时，建筑结构设计优化工作便能够派上用场。因为高楼层建筑物对其基础层的要求极高，通过科学地规划并加强其承载能力，同时，精简不必要的建筑设施，在保证其安全性能和建筑物质量的前提下，相应地减少成本支出，有效地降低了建筑工程的总造价费用。

1.2 提高建筑物的经济效益

随着高楼层建筑物楼层数量的增加，其墙体面积和墙柱体积也会随之扩大，并且，建筑结构的重量也会相应的增长，因此，建筑物基础层的承载能力也就变成了首要关注的问题。如果想增加建筑物基础层和墙柱的承载力，就要相应地增设建筑物内主管电气和水卫的管线，由此一来，必然会增加建筑成本。如若降低建筑物的楼层高度，上述问题均得以完美解决，并且，建筑物的抗震能力还会得以提高。而建筑物高度的降低，不仅能够有效确保每一个建筑物的日照需求，楼与楼之间的距离也会缩短，土地使用面积也随之减少ww。

2 建筑设计优化的工作原则

建筑结构设计的优化处理要从多个层面入手，充分考虑到建筑物的实际状况和长远利益，在实现建筑物全部基础性功能的前提下，制定最佳的结构设计方案，以有效地降低成本支出。进行建筑结构设计优化工作时，不仅要具备科学先进的设计理念，丰富的设计工作经验，还要遵循相关规定的设计标准，确保能满足所有的实际需求。

2.1 综合考虑原则

在进行建筑结构优化设计时，必须要充分考虑到可能会涉及到的所有方面的问题，除了建筑物的具体施工过程外，还要注意建筑物的基本功能、外形的美观度等方面。另外，还要密切关注建筑物的整体部分与局部构成之间的联系，以免出现问题，同时，也方便工作人员及时解决这些问题。

2.2 联系实际原则

在进行建筑结构优化设计时，设计人员一定要秉承着从实际出发的根本原则，在进行每一项工作环节时，要充分地联系实际情况，比如：当地的自然环境是否有利于建筑物的施工或适合建设何种建筑物，还要考虑当地的气候条件、人文环境，以及经济状况等，以便制定出最佳方案。

2.3 减轻自重原则

建筑物自身的重量是建筑结构优化设计工作需要解决的重要问题。因此，在设计环节，必须要注意减轻建筑物自身的重量。竖向荷载中的85%来自于建筑物的自重，而横向荷载则与建筑物的自重有着直接关系，所以，减轻建筑物自重，刻不容缓。

2.4 合理受力原则

在进行建筑结构优化设计工作时，要严格遵循合理受力的原则，要充分考虑到结构的对称性问题，建筑物因受力而产生的变形问题。所以，设计人员除了要选定一些适宜的抗力材料外，还要注意加强建筑构件，以及建行组结构截面的抗弯刚度，并通过合理筛选和优化组合建筑材料来完善建筑构件的结构截面部分。

3 结构设计优化在建筑设计中的应用

建筑结构的设计优化的目的，主要是在确保建筑物的工程质量，实现建筑物的基本功能的前提下，有效地减少工程造价的费用支出，且相应地提高经济效益。现阶段，建筑结构优化设计的应用十分广泛，不仅可以应用于建筑项目的整体性设计，还能服务于抗震设计等各个阶段性建设过程，而且，往往能够起到积极的促进作用。

3.1 结构布置及选型方面

建筑物的平面形状应当比较规整且简单，要避免过多的内凹或外伸部分的存在、内凹，以有效地预防地震灾害。建筑的结构也应尽量地保证对称，一旦建筑物的平面刚度不够对称，地震时则很容易发生扭转和破坏。因此，在进行建筑结构优化设计工作时，设计人员要尽可能地实现建筑结构竖向化的均匀分布，在立面结构设计中则要优先考虑几何图形的构成作用、以及要保证建筑物楼层的刚度变化要足够匀称且规则。其实，在实际施工过程中，建筑物的质量分布很难做到绝对均匀，也难免会发生扭转效应。

3.2 电梯间布置方面

对于高楼层建筑物，电梯间是必不可少的构件部分，其能够有效地方便人们的出行。然而，电梯间的存在却往往会对楼层板面造成影响，必须要妥善安置。因此，设计人员要格外注意电梯间的布置问题，要尽量避免因电梯间的开洞而致使建筑物变成两段式结构。一般来说，电梯井的设计施工不宜采用钢筋混凝土，其框架结构与框剪结构必须要精准且明确，其框架结构不宜采用剪力墙的设计，且必须满足其框剪结构的剪力墙的数量。另外，高楼层建筑的结构要尽量避免出现设计错层，还要注意控制因局部撤除梁板而构成的联层柱的高度。

3.3 抗震抗风设计方面

高楼层建筑物除了要承受建筑物自身的竖向荷载外，还要承受侧向的风力荷载，甚至是要经受地震的危害侵袭。高楼层建筑物其结构的抗侧力刚度往往会随着高度的变化而逐层改变，因此，在楼层之间可能会出现一些相对薄弱的地方，这是建筑结构设计过程中要尽量避免的。在高楼层建筑物中，其建筑设计要尽可能地配合其结构设计，致力于降低各相邻楼层之间的刚度、偏心矩的变化率。由于建筑结构的抗震、抗风设计是建设高楼层建筑物时要充分考虑的重要因素，必须要慎重处理，而建筑结构的优化往往能够很好地完成这一环节。

3.4 延展性设计方面

建筑物必须要做好防震设计，因此，建筑物结构的延展性设计一定要做到最好。要保证在中度地震的作用下，建筑物的部分结构构件能够进入弹塑性状态，而在强震的作用下，建筑物的结构不发生倒塌。一般来说，建筑物结构的整体性与延展性则是依靠建筑构造措施而得以控制和保障的。所以，在延展性设计环节中，应当严格遵守“强锚固”、“强节点”、“强柱弱梁”，以及“强剪弱弯”的标准要求与原则，同时，设计人员还可以通过加强建筑物各个构件的延展性来综合增强建筑物整体结构的延展性。

4 总结

如今，我国的社会水平的发展迅速，人们的生活水平也在逐步提高，对各方面的需求也在增长，而建筑行业亦是如此。建筑物的基础设施要足够完善，除了在具体的施工过程中要保障施工质量，防止危害到工作人员的人身安全，其最终的建筑成果质量更要格外注意。为此，必须要进行建筑结构的优化设计，尽可能地满足各方面的设计需求，在确保建筑质量和安全性能的基础上，有效地降低工程造价的支出。

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