探讨结构设计优化在建筑设计中的应用

黄懿

摘要：近年来，随着我国建筑业的快速发展，房屋建筑结构设计也需要作出不断的调整和改变。目前，建筑结构设计是保证主体结构稳定、安全的基础条件，做好结构设计优化能提高建筑物的外观质量、功能价值与安全性，并且有助于人们生活质量的提升。文章分析了结构设计优化在建筑设计中的应用，以供参考。

关键词：结构设计优化;建筑设计;应用

建筑结构设计中很重要的一部分就是降低造价，优化建筑结构设计有利于保证在建筑施工过程中能够有效的进行，并且能够保障建筑物的安全性和可靠性。因此建筑结构设计人员要重视优化建筑结构设计，并将设计方案科学合理的应用到建筑工程实际工作中。

一、建筑结构设计优化方法的意义

（一） 符合行業发展需求

就目前建筑行业发展状况来看，建筑物的高度越来越高，怎样有效降低建筑结构的造价，怎样才能保证后期工作安全有效，就要保证建筑结构设计方案的科学能够最大限度的满足使用需求。应用建筑结构设计优化方案，合理有效的利用各种建筑资源，保障建筑工程建设的安全性和合理性。

（二）符合可持续发展观

在可持续发展观念的影响下，推动建筑行业持续发展，建筑行业工作者就必须要重视建筑结构设计，提高建筑工程在和建筑后期应用的合理性和安全性。根据对以往的建筑造价统计发现，坚持可持续发展的建筑结构设计优化能够有效的提高建筑物的使用寿命和提高社会经济效益。

二、建筑结构设计优化的主要原则

（一） 功能性原则

建筑结构设计的功能性原则不仅对设计有重要作用，对建筑物更是极为重要。功能性主要指建筑结构在工程过程中的使用效果以及建筑完成后所生产的经济效益和社会效益。考虑功能性是建筑结构设计中重要的考虑因素，不仅要注重建筑功能使用，还要保证建筑物在后期应用中的效益。比如银行建筑结构设计就需要注重功能性，考虑建筑的安全性和安全通道，以及建筑物的承载力，从而更好的发挥建筑结构设计功能性。

（二）安全性原则

安全性可以说是每一个建筑结构设计必须要考虑的因素，每个建筑结构组成部分都需要考虑它的安全性和可靠性。建筑结构设计的安全性必须要考虑实际施工情况，不能纸上谈兵。如果安全性只停留于设计方案中，而没有与实际工作相结合，那么安全性原则的意义也没有任何意义，既不会提高建筑工程的安全性，也会损失经济利益。

（三）绿色环保原则

随着社会经济和人们生活质量的提高，人们对绿色建筑物的认识也越来越深入，要求也越来越高。在建筑结构设计中注重绿色环保，使用绿色建筑材料对提高建筑质量和满足人们对建筑的需求有重要的意义，还能够促进环境保护，促进可持续发展。

三、建筑结构设计优化的重点

对于结构设计的优化，重点应从以下几方面考虑。（1）在满足建筑使用功能和建筑效果的前提下，对建筑柱网布置进行合理优化。（2）对地基基础选型进行优化。（3）对上部结构选型进行优化。（4）对上部结构布置进行优化。对于以上的优化内容不是独立而无条件的，而是相互联系，需根据不同的条件做不同的优化。结构优化不是追求局部最优，而是应该追求整体最优。

四、建筑结构优化的主要内容

（一）注重设计试桩

设计试桩不仅是对地质报告中地质情况进行验证，同时也可对勘察报告的设计参数进行修正，提高单桩承载力特征值。对于单桩承载力特征值的提高可节省在地基基础中的投资，同时可加快施工速度。在同样持力层、桩径和桩长条件下，采用设计试桩提高了单桩承载力特征值。优化了桩基础布置，对成本的节约相当明显。

（二） 选择合理的地基基础形式

在技术迅速发展的今天，几年前的基础设计思路在现今就可能落后。原先采用“防水板+地梁+承台”的基础方案在现今就不太适用，这种结构形式既浪费材料也浪费人工。现今主流是采用“防水板+承台”这种无梁楼盖的形式，施工方便、速度快，同时节省人工和材料。而采用不同的桩基础方案对造价的影响更明显。

（三）重视结构体系的选择

不同结构体系对造价影响比较大，如异形柱框架结构与普通框架结构相比，单方含钢量明显要大。剪力墙的含钢量也会比框架要大，短肢剪力墙含钢量和普通剪力墙相比要大。这种结构体系之间的造价差别是明显的。针对建筑所在地的抗震设防烈度、风荷载、建筑布置情况，选用科学合适合理的结构体系，尤为重要，对造价的影响相当大。

（四）重视竖向构件的布置

针对不同外部条件，应在结构设计时注重竖向构件的不同布置方式。如同为剪力墙结构，对于低烈度风荷载小的地区，剪力墙翼缘以满足规范最低要求条件即可，而对于高烈度地区，则需考虑强烈的水平地震作用引起剪力墙翼缘纵筋配筋量加大的情况，应加长剪力墙翼缘长度减少纵筋配筋量。对于同一结构体系，也应注意柔与刚的平衡，根据计算结果，调整竖向构件布置，达到刚柔相济。如剪力墙结构，假如剪力墙布置过多、过长，就易出现位移角过小，刚度多大，地震力加大的后果，这对结构既浪费又不安全。

（五）重视水平构件与竖向构件的协调

针对不同的建筑要求和地质条件，梁板柱布置应进行多方案的布置和比较，以达到综合成本最优。

（六）重视水平构件的布置

梁板的布置应根据建筑及荷载情况进行优化，而不是一味地根据以往的经验与习惯来考虑布置。梁布置过密，即浪费材料又浪费支模成本和人工成本。应根据具体情况具体分析来决定最优布置方案。

（七）应重视对各分部构件的优化设计

单个部分构件的优化，往往也能产生良好的经济效益，如构造边缘构件箍筋的优化，梁宽度的优化达到减少箍筋肢数要求，板配筋方式的优化达到减少配筋量的目的等。

五、建筑结构设计优化方法应用需要注意的问题

（一） 使用结构优化时，必须考虑前期参与

对于前期设计方案，方案质量优劣如何，对结构总成本有着直接影响，在前期设计中，确定结构设计方案时，一般认为不需要结构设计人员参与其中，在建筑结构设计时，大多数设计人员不重视结构可行性、合理性，如果采取这样的设计结果，必然会影响结构设计，使得结构设计难度明显增加，也会提高结构成本。所以，在设计结构方案时，设计人员应充分考虑到结构设计的前期参与，从第一步的方案优化开始，设计出优质的设计方案、结构形式，以节省成本。

（二）重视细部优化

除重视整体设计，必须考虑结构基本构件设计，例如现浇板设计，需尽可能划分矩形板块，既能满足现浇板受力要求，又可防治出现拐角裂缝。同时，在现代技术运用中，结构优化设计和计算机技术的有机结合，对于具体优化设计，在优化设计上，须考虑工程实践转化成数学问题。所以，工程设计人员应利用计算机的计算优势多方案比较进行优化设计。

（三）整体优化与局部优化

对于任何结构设计，都具备层次性、复杂性特点，立足层次角度，包括了结构体系、各分部受力构件，在房屋设计过程中，设计人员必须优化每个环节。立足复杂性角度，一般包含结构类型、结构布置和原料选取。因此，针对任何房屋建筑，需优化整体结构的同时要优化各分部受力构件。达到整体最优的目的。

六、结语

总之，要与实际施工情况相结合，及时调整设计方案。通过建筑结构设计优化方案，提高建筑工程合理性和科学性，保证建筑质量。

参考文献：

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[2]王林林.建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的应用研究[J].低碳世界，2017（22）.

[3]彭辉.房屋建筑结构设计中优化技术应用探讨[J].建材与装饰，2016（10）.