建筑结构设计的优化方法及应用分析

文/韦肖敏 北京中外建建筑设计有限公司南宁分公司 广西南宁 530000

建筑结构设计是房屋建筑工作中的重要内容，在保障房屋结构安全性、合理利用空间资源等方面发挥着关键性作用，也是建筑设计人员重点关注的工作内容，并且随着人们对房屋建筑功能要求的逐渐增多，优化建筑结构设计就显得越发重要[1]。如何使房屋结构的安全性与稳定性得到保障的基础上，满足人们多样化的需求，成为建筑企业关注与重视的重点内容之一，因此优化建筑结构设计也成为了建筑企业赢得生存与发展的重要手段。

1、优化建筑结构设计的方法

1.1 优化建筑结构模型

优化构建建筑结构模型主要是对建筑结构造成影响的主要参数实施优化，使用预定式参数表示影响、变化范围较小以及局部性因素，进而相应减少设计过程中涉及的设计数量与计算数量，进而可直接减少编程工作量提升工作效率。在优化设计建筑结构过程中，还需要保证所确定的目标函数能够与预设条件相符，例如截面相关的几何尺寸、钢筋截面积等，在保障房屋质量的同时，降低工程造价。与此同时，为了保证建筑结构设计的规范性，还需要设置相应的结构设计约束条件，主要包括建筑结构的尺寸、强度、构件以及裂缝宽度等，并且需要对比分析上述目标及实际性质相关的约束条件，保证约束条件设置符合建筑工程的设计要求，实现建筑设计的优化效果。

1.2 设计设定计算方案与应用程序

在设定、计算建筑结构的约束条件时，会涉及到相应的非线性优化问题，所以在实施计算过程中，则需要使用罚函数法、复合形法、拉格朗日乘子法等方法，将有约束优化转变为无约束优化，使设计计算方案的科学性与合理性得到保证。在依据可靠度获得结构优化设计模型后，还需要编写一个具有较强综合性与功能齐全的应用程度，使运算速度得到保证，进而有利于使整个结构设计顺利开展。

1.3 进行综合分析优化结果

在完成建筑结构设计方案后，还需要对设计方案实施对比分析，使所选择的设计方案能够获取最优的设计效果。所以在确定最优设计方案过程中，需要综合多角度，全面分析问题，使建筑技术及建筑成本能够得到合理分配，进而在保证建筑质量的基础上，实现以最小经济成本获取最优的建筑效果，完成预期建筑目标。

2、建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的应用

2.1 模型的优化设计

在优化设计建筑结构模型的过程中，选择变量时，需要首选对整体设计造成影响的相关因素，而局部及影响较小的因素，则可选为参考数据，其次将建筑面积、切面尺寸等相关数据单独整理后制成函数，结合用户对房屋审美需求、房屋空间规划及变形规定等方面，进行模型的优化设计，避免资源浪费，降低施工成本，最大程度的使用户需要得到满足。例如在设计排水系统时，由于所用的机械设备较多，荷载强度较大，还需要放置在专用房间中，应当设置在地下室中，并预留合理的管道尺寸，做好楼板钻孔位置的加固工作。若管道建设过程中需穿越承重墙，在加固墙体的同时，还需要避免出现管道绕柱现象[2]。

2.2 建筑结构的安全性能设计优化

高层建筑是建筑发展的主要趋势，而高层建筑对稳定性以及安全性提出了更高的要求。因此高层建筑结构设计优化工作的重点内容，就是使建筑结构的刚度及强度得到保障。在实际的设计过程中，充分考虑资金条件，尽量选择极限拉力较强的钢筋材料，结合隔震措施、减震、隔震技术形成具有延性结构的抗震体系，提升建筑物的抗震能力。同时需要设置合理的剪力墙，保证剪力墙整体的均匀性，使楼层中平面刚度中心点与楼层整体结构重心相重合。在经济条件允许的情况下，尽量延长剪力墙肢长度，合理计算剪力墙需要承受的压力，控制墙肢数量、墙内暗柱数量和混凝土使用数量，降低成本。

2.3 建筑的整体性与局部性优化

房屋建筑设计具有复杂性、层次性特征，所以在优化建筑结构设计过程中，应当从整体出发，综合局部，实现局部和整体的合理优化，保证房屋质量。从建筑设计的复杂性角度来说，主要涉及的是建筑材料与零部件的选取，在设计过程中，需要充分了解原材料的市场价格，保证房屋质量的同时，合理控制造价；使用BIM 及GIS 技术，优化建筑结构的空间设计，使空间设计的均衡性及利用率的合理性得到保障。建筑桩基础是建筑结构设计中的重点内容，灌注桩和预制桩是构成建筑桩基础的重要部分，操作复杂，施工时间较长，所以为了有效控制施工质量，应在满足沉降标准的同时，使用预制桩，合理制定预制桩长度，尽量减少相关的工序，使建筑结构的整体与局部得到合理优化[3]。

结语：

房屋是开展生活与工作的主要场所，随着经济水平的提高，人们对房屋提出安全、实用等基本要求基础上，进一步提出美观、经济等多样化的需求，建筑行业间的竞争也日趋激烈，如何设计出满足广大用户需求的房屋，使企业赢得生存与发展，成为建筑企业以及建筑设计人员需要解决的主要问题。而通过不断优化建筑结构设计，不仅有利于使有限的空间资源得到合理运用，而且可满足人们对房屋多样化需求。所以，建筑企业应当加强重视建筑结构设计的优化与应用，以期为企业赢得进一步的发展。