浅谈建筑结构的优化设计

摘 要：社会的进步和科技的发展推动了我国建筑行业的前进，现代社会对建筑行业提出了更高的要求，结构设计作为建筑设计的核心内容必须要适应现代建筑的发展要求。建设工程项目具有工期长、投资大的特点，而建筑结构设计是决定能否实现建筑主体功能和建设投资效益的关键，因此，必须要对建筑结构设计进行优化，以追求少投资、高质量、短工期、高效益等目标。本文就建筑结构优化设计及相关问题进行了探讨，希望可以促进建筑结构优化设计和建筑行业更快、更好的发展。

关键词：建筑结构；优化设计；必要性；原则；方案

引言

现代人类社会对建筑行业发展的要求越来越高，我们在不断追求更加高质、舒适的工作及居住环境。现代建筑结构设计不仅要考虑工程成本及维护使用的节能性，还要最大程度的满足人类使用过程中对建筑结构本身的功能要求，因此，为了适应建筑结构优化设计提出的新要求，我们必须要重视和加快建筑结构优化设计的发展，不断完善结构优化的方法和措施，通过选择合理的结构设计方案对建筑结构设计实行全方位的优化设计，从而实现最高效的资源利用和最优的资源配置。我们首先分析建筑结构优化设计的理论及必要性，进而阐述了结构优化设计的要求及原则，最后针对结构设计提出了相应的优化措施和策略。

一、建筑结构优化设计的相关理论及必要性

建筑结构优化已不再是传统意义上的结构优化，它涵盖了建筑行业的方方面面，我们必须通过制定科学合理的优化设计原则来规范优化过程。建筑结构优化设计主要体现在决策阶段、设计阶段、实施阶段三方面。决策阶段主要任务是确定优化设计的总目标以及主体功能，降低项目风险并节约成本；设计阶段要确定子项和整体结构优化方案及布局；实施阶段要组织并落实好没个子系统的优化工作，从而实现整体结构优化设计。为了达到优化设计目标，设计人员必须在确保结构稳定、安全的前提下，对建筑结构进行全面系统的分析，进而采取合理的方法，有效的控制资源及资金的投入。但在实际的优化设计方案实施过程中存在诸多的制约因素，因此，我们必须提高设计人员在工程建设过程中的优化设计能力，充分考虑工程项目的技术经济效益，采用合理的优化设计方案，来实现项目的综合目标。

二、建筑结构优化设计的要求及原则

1.建筑结构优化设计的要求

现代建筑行业及建筑水平相较与以前有了很大提升，建筑结构设计及优化方面也取得了许多进步，现代建筑结构优化设计还应该主要考虑结构优化设计的经济性、安全性、功能性、舒适性等方面的要求。首先，安全性是结构设计的最基本要求，结构设计师及相关设计人员必须确保建筑工程主体结构的稳定及安全性，建筑结构的安全性不仅关系到项目整体经济效益，更关乎到人民生命财产安全及切身利益，是实现社会和谐和国家长治久安的重要保障；其次，随着人们生活水平的提高，人们对工作、居住环境要求也不断提高，现代建筑设计也越来越注重人性化及多功能化的应用，因此，在进行建筑结构优化设计时也要考虑到建筑舒适性及建筑主体功能方面的要求；最后，在确保了建筑结构设计的安全性及舒适性的情况下，采用最优的方案来控制项目的成本和投资，提高企业的经济效益和整体竞争力。

2.建筑结构优化设计的原则

建筑结构设计优化的原则主要从建筑舒适度和结构优化安全系数来考虑。一方面，结构设计遵循提高建筑舒适度原则，对建筑物本身进行结构、装修、给排水、暖通、燃气、电气等各方面的优化设计组合，实现各建筑部位的优化设计，从而保证建筑整体的最优设计。此外，建筑结构设计还要考虑到建筑平面、立面以及整体建筑功能等方面的要求，全面考虑到人的主管感受，采用舒适合理的平面布置、高度比例以及外形设计，使建筑物整体舒适度大幅度提升；另一方面，根据实际建筑构件使用情况和建筑部位整体要求，针对不同建筑部位及构件采用不同安全系数的结构优化设计原则，从而在保证建筑结构安全稳定和建筑构件高质耐久的前提下，尽可能的节约建筑投入成本，实现建筑结构的经济效益和社会效益。

三、建筑结构优化设计的方案

1.耐久性的优化设计

传统混泥土结构设计方案虽然也考虑到了建筑结构设计的耐久性要求，但从实际的工程建设和投入使用情况来看，这些结构设计方案很少能够满足结构设计的功能及使用要求。因为，建筑物在实际使用过程中会遭受比设计方案更多的环境变化和外界荷载，从而会大幅度的损害建筑物及相关建筑构件，大大降低建筑使用耐久性，可建筑物本身带来安全隐患，因此，在进行建筑结构设计时，我们要充分考虑到外界因素对于建筑物实际使用的影响。随着现代社会的进步和人类对建筑要求的提高，我们应该通过科学严谨的预应力实验和数据计算分析来综合考虑结构设计的耐久性要求，不能只单纯的为了降低工程造价而忽略现代建筑的耐久性要求。此外，为了追求企业的长远利益和社会效益，我们有时也要牺牲经济性而追求建筑质量，建造更加舒适、安全的建筑物来满足人们的居住及使用需求，为企业树立良好口碑，从而提高企业竞争力并实现企业长远发展。

2.合理选用高强度的钢筋混凝土

钢筋混凝土作为建筑物及建筑构建的核心施工材料，其强度和用量直接影响和决定着建筑物整体的质量和结构耐久性。高层建筑总造价由框架结构材料、施工材料、基础物料费用等组成，而钢架材料仍然是目前高层建筑框架结构使用最多的材料，钢架的强度和质量决定了构件的抗拉剪能力，而高强度的混凝土可以弥补钢筋材料强度的不足，提高建筑整体的稳定性，因此，可以通过使用高强度的混凝土来降低钢筋材料的要求和费用，使钢筋和混凝土相互配合使用，从而降低工程造价来节约建设成本，实现良好的经济效益。但是，对于地震设防区，我们首要考虑的是居民的人生财产安全而不是建设工程经济效益，因此，为了减轻地震力对建筑物体的影响和建筑自身的荷载，我们可以在结构设计中选用高强度的钢筋以及高强度的混凝土，来大大加强建筑结构承受荷载和抵抗变形的能力，提高建筑物的安全性和稳定性。

3.加强剪力墙及建筑细部的优化设计

剪力墙是高层建筑承受外来荷载和抵抗结构变形的主要构件，在剪力墙设计中只有增加构件的配筋量来提高其承受荷载和抵抗变形的能力，但是，这样会大大增加建设工程的成本，不符合建筑企业最大化经济效益，不利于建筑企业的长远发展。所以，在高层建筑结构设计中，有经验的结构工程师并不会通过采用大刚度的钢筋、增加配筋量来优化剪力墙设计，而是会通过将剪力墙中的连梁设计成截面和刚度较小的弱连梁，通过综合考虑工程技术经济等方面来合理布置抗侧力构件。另外，要注重建筑结构的细部优化及设计，加强局部结构构件的精细化设计，考虑结构的抗震及耐久性要求，采用科学合理的结构布局和高强度的钢筋混凝土，运用先进科学的结构优化设计理論和方法，采用动态的结构优化设计模型，提高结构优化设计的优化质量和优化效率。

四、结语

建筑结构优化设计关于建筑行业的发展和社会的进步，现代社会及建筑业对建筑结构优化设计提出了新要求。我们对建筑结构设计有一个科学、合理的认识，抓住建筑结构优化过程的关键环节，结构工程师必须要与时俱进，通过运用先进的科学技术和优化理论来不断提高自身的素质，不断的改革和创新结构优化设计的方法和策略，以促进我国建筑业的发展。

参考文献

[1]李彬.高层建筑剪力墙结构中剪力墙布置优化研究[D].江西理工大学，2018.

[2]彭康林.房屋建筑结构设计中的应用优化技术[J].低碳世界，2018（05）：152-153.

作者简介

龚正轩（1997-）、男、汉族、籍贯湖北潜江人、在校本科生、职称大学生、学历重庆大学本科、主要研究方向为土木建筑工程

（作者单位：重庆大学）