探究建筑结构设计的优化对策

李玉林

摘 要：现代建筑的日趋丰富，个性鲜明的建筑比比皆是，这种跟个性化的设计给结构设计带来较大的难度。建筑结构的设计是建筑工程的重要环节，设计的成败将直接影响到工程的使用、成本、安全等各个方面。因此在设计的过程中应当对关键性问题进行控制和解决，避免出现遗漏和误差，力求将结构设计做的合理而优化这才是结构设计的目标。鉴于此，本文对建筑结构设计的优化对策进行了分析探讨，仅供参考。

关键词：建筑结构设计；优化；对策

1 建筑结构设计优化概述

建筑结构设计优化作业从某种意义上来讲是一项专业性比较强的作业，它不仅仅要能够真实体现出建筑结构设计的可操作性，还要能够对整个建筑施工作业进行全面的评估。优化主要体现在对于建筑结构以及成本、图纸规划方案、户型设计、建筑风格等方面的优化。这就要求建筑施工设计人员要能够明确每一个阶段对于建筑结构设计的优化目标，从而减少成本的使用，合理的建筑结构优化不仅仅可以大大提高工作效率，还能在很大程度上保证质量，延长建筑结构的使用寿命。在当前我国大力提倡市场效益最大化的前提下，建筑行业要想在激烈的市场竞争中获得较好的发展，就必须在施工作业前了解房屋建筑结构设计的重要性。良好的建筑结构优化对于整个建筑施工材料的有效发挥有着积极的重要作用。同时合理的设计优化还能改善人们的居住环境，提升生活质量的舒适度。此外，还能减少资金的使用，最重要的是优化设计是为了更好地的适应时代社会发展的需要。

2 建筑结构的设计优化理念

在对房屋结构设计中的建筑结构设计优化的长期探讨中，建筑结构的设计优化也有自己的理念。其中优化设计理念包含四个方面。第一个方面是房屋建筑具有安全性能，建筑能够反映人类的进步文明程度，能够保障人们各种工作的顺利进行，因此，对于建筑的安全性能有很高的要求。建筑结构的设计无论优化到什么程度，都是需要建立在安全性能的前提之下，一旦一个建筑优化的连安全性都保证不了，那么这个建筑就失去了存在的意义，甚至带来很大的灾难。第二个方面是可用性，建筑在表现美观的同时，设计优化的主打理念还是建筑的可用性，功能要满足使用者的要求，带来舒适的感觉。第三个方面是建筑结构的优化需要保护环境，我国在长期的发展中，人们对于保护环境的意识不高，造成我国目前环境的严重污染，因此，在建筑结构的设计优化的时候，设计合理，采用环保的建筑材料，排水等具有污染性的系统要做好环保的防护工作。第四个方面是可用价值性，在建筑结构的设计优化中，不能只顾眼前的利益，为了节约成本，而偷工减料，降低建筑的实际可用价值。建筑结构的设计优化理念的真正目标是用最少的钱却能打造出最有价值性的建筑。

3 建筑结构设计过程中遇到的关键问题

3.1 水平承载力

建筑结构设计时必须关注建筑承载能力。就建筑本身而言，建筑结构的承载力所起到的作用是无可替代的。其水平的荷载力对于突发状况可以起到很好的效果，比如，由于地震和大风原因造成建筑物损坏或者侵蚀等现象。建筑结构的水平载荷力主要影响这建筑的弯矩和轴力，这也是有别于建筑的自重和上部结构导致的承载力。通常状况下，我们对高层或者超高层的建筑，都无法正确掌握其水平或者竖直的承载力，然而需要了解的是，建筑物竖直承载力，特别是高层和超高层建筑的荷载力在一定范围之内是保持不变的，因此，只有水平荷载力会因为受到外界环境的影响，比如，地震、大风、暴雪等影响，致使建筑结构水平载荷力随着变化而变化，可见，水平载荷力对于建筑结构的安全性的意义。因此，一旦水平载荷力产生问题，将可能引发较为严重的安全事故，严重的时候可能威胁到人身安全。

3.2 结构产生变形

产生变形也是影响建筑物整体性能的重要因素。就建筑、特别是超高层建筑结构而言，竖向承载力相比于水平承载力在一定程度上不会产生影响，然而，倘若柱体受到外界干扰力过大也可能造成一些建筑结构上的问题。比如，倘若柱体受到的外力超过自身承载力，那么将可能导致建筑结构轴向产生变化，严重的时候可能直接变形。要知道，倘若建筑竖向承载力产生变化，就会导致整个建筑结构的弯矩，从而产生一系列连锁反应。结构产生变形之后可以使得连续性的横梁之间的支撑力的负弯矩值缩小、建筑结构正弯矩值增大，这两种方向的变化，将最后导致两段支撑位置的负弯矩值上升。在对建筑结构设计过程中，每一个部件都有一个轴向的变形數值。在实际操作中，设计工作者应当结合实际要求，灵活进行建筑结构设计，必要的时候可以对构建的长度进行修改，以此减小由于结构产生变形带来的不好影响。

4 建筑结构设计的优化对策

4.1 构建设计模型

建筑结构优化设计是现阶段房屋结构建筑设计的研究课题，是突进建筑经济性与安全性的前提要素，在对其进行实施优化设计时，需要考虑以下方面的因素：第一，科学选择变量。通常情況下，设计师必须对整体的设计方案有初步的认知，还需要考虑到其对建筑建设的影响，针对部分重要工程参数来说，将其取值需要视作参考依据，这就需要变量供设计人员进行合理的选择。在实际设计过程中，设计师需要参考相应的参数，最好参考变化幅度相对较小，或是不需要考虑太多因素的，这样才能更好明确目标数据，从而减缓结构设计及编程难度；第二，确定函数，为了将房屋建筑成本控制到最低，设计人员需要筛选合适函数；第三，权衡建筑施工条件，对于设计师而言，他们需要从整体角度考虑房屋构件的尺寸，还有相应的结构体系，这样才能从根本上保障建筑物的稳定性。实际设计过程中，设计人员需要从建筑物的使用目的，再到施工条件，从而获取设计约束条件，然后依据建筑规范解决设计难题，最终确定最优的设计方案。

4.2 使用科学的计算方式

在建筑结构设计的时候，会运用到很多的计算公式和计算程序，倘若需要优化建筑结构设计，就需要对大量的数据进行预算，而在数据预算过程中就会涉及到很多的计算方式。在数据处理中，设计工作者需要关注的是，不能带有限制条件，倘若有限制条件也需要转变称没有，以此才能提升数据的精确度。在数据计算的时候会使用到很多的计算方式，且各个计算公式之间都具备其特有的优点和缺点，因此，设计工作者要结合实际状况，选择最适宜方式，既满足优化要求，由简单易操作，从而推动工程进展，降低资金投入。

4.3 对选择的结构形式进行合理的优化

建筑结构体系的选择，对项目建设有着重大的影响。在进行结构选型时，要对于整体建筑结构的用途、高度、功能、周边环境、抗震性等多方面因素进行合理的把握，因地制宜地选择合理的结构体系，较为常见的结构设计类型有如下三种：

（1） 剪力墙结构，这种结构形式常见于高层住宅建筑，这种结构形式相比短肢剪力墙的抗震级别要高，轴压比也有优势，比短肢墙构造钢筋使用量要省。（2） 框架结构，具有大开间、布局灵活性强和工期短、主体造价成本上的优势。（3） 框架一剪力墙结构，即在框架结构中合理进行一定数量剪力墙的布置，这种结构合理，适用能力强，而且能够应对各种不同的变形压力，是一种抗侧力较好的结构。

这三种结构体系各具优缺点，在选择结构体系的时候，不能片面认为造价最低的方案就是最科学合理的方案，而是我们必须结合建筑使用上的功能需求，以及甲方的投资预算和施工技术等多方面条件进行结构体系的综合比较与分析，将投资与收益相平衡，根据工程的客观实际情况选择最为合适的结构体系。

4.4 积极应用信息优化技术

在房屋建筑结构设计中存在的变量比较多，房屋建筑结构的优化造成了一定的障碍，因此考虑到房屋建筑结构中存在的各种复杂因素，在优化设计中就应该积极应用先进的信息技术，比如应用一些参数定义软件，这样就能够有效的减少房屋建筑结构优化设计中设计者的工作量，提高工作质量和工作效率。目前比较好用的软件系统为“TBCAD系统”，该系统能够通过对结构方案进行指导性的设计来实现“方案的人力、物力和财力资源等趋于最优状态。”该系统的信息优化过程可以分为两个阶段：第一阶段是对材料使用量进行优化配置，也就是说要使用最少数量的材料，实现最好的结构性能，在该阶段中需要把混凝土用量设置为目标函数，而“结构构件断面大小”需要设置为变量。第二阶段是优化所设计结构中的各种构件强度，就是指对构件中钢用量与断面大小进行调整，实现质量和造价的完美结合。

4.5 合理控制配筋率

配筋率是建筑中一项基本且重要的指标，现在的建筑一般都是高层或超高层，所以钢筋利用的量很大，同时钢筋市场中钢筋的价格也在不断的提高，所以钢材的成本越来越大，因此合理的钢筋用量和配置就会产生很明显的效果。合理的配筋率是在保证房屋结构安全、耐久性和房屋适应性的前提下的，在配比中一定要考虑到房屋结构规范的各项限值，合理的配置钢筋的各种规格和它要完成的作用，有效控制钢筋用量，从而降低工程成本。

4.6 剪力墙优化设计

在整个建筑工程结构中，联肢墙连接着内部梁和墙，保证了墙的安全性和稳定。在实际设计过程中，连梁的强度和刚度增加了结构的地震作用，相应的梁和墙分配内力也不断增加，需要不断增加配筋的数量，就会增加工程材料投入，进一步增加工程造价。因此，在设计人员要摒弃传统落后的设计方式，要从经济的角度，分析建筑结构的抗力和变形，对剪力墙，要保证周围均匀对称，科学布置，在满足设计规范的前提下，不断减少剪力墙的数量，从而有效降低工程造价，为建设单位创造更多的经济效益。

4.7 保证建筑结构设计的安全性

设计人员在优化建筑结构的设计时，还应重视对建筑结构安全性的考虑。在工作中，应确保设计的每一环节在实际施工中都具有可操作性与可行性，确保建筑结构设计能够通过安全的施工达到预期的效果，避免因建筑结构设计的不切实际而给企业带来的经济损失。很多设计人员为了达到纯粹美学意义上的建筑，故意将传力途径设计得很复杂，结构构件平凡增多，这样的建筑就如纸上谈兵，没有和实际联系起来，其后果就是华而不实，出现较高的计算误差机率，施工无法实现，就算真的能施工完成，但是提升了造价，而且容易出现安全问题。因此不妨设計一些传力途径简单，传递构件灵活的建筑。

4.8 加强对结构的细节部件优化

在对建筑结构整体设计优化的时候，还需要注重结构细节部件的优化工作。例如，在进行浇板设计的时候尽可能的将异性板设置称矩形板，以此才能防止出现裂缝问题，影响局部位置受力。又例如，在对底部抗震处理的时候，通常会使用冷轧带进行箍筋，以此才能降低箍筋使用的数量和尺寸，从而实现减小工程费用的目的。另外，为了降低柱构件底部的横截面，使用高强度的混凝土虽然是不错的方式，然而水平构件混凝土的时尽可能的降低对混凝土的标记，从而符合受力需求，在一定程度上也节约了资源。

5 结束语

综上所述，在优化建筑结构设计的过程中，对于各因素要充分考虑，且在具体的建筑施工中，协调整合。优化建筑结构设计，不仅可将工程项目的造价成本降低，还可以为社会增加一定的附加经济值，将资源的整体利用率提高。

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