建筑结构设计优化方法在建筑结构设计中的应用研究

郭泽朋

摘 要： 经济在快速发展，社会在不断进步，房屋建筑结构的设计不仅要满足设计的要求，同时还要满足人们对建筑使用功能中舒适度、安全度的需求。在房屋建筑中，结构设计优化方法至关重要，也是满足建筑使用功能的前提条件。基于此，本文以文献对比法和实践分析法，对房屋建筑结构设计中优化方法的具体内容进行介绍，并借助实践提炼出结构设计优化方法在房屋建筑设计中的应用策略，供参考。

关键词： 结构设计优化;房屋建筑;结构设计;应用

【中图分类号】TU318     【文献标识码】A     【DOI】10.12215/j.issn.1674-3733.2020.26.057

引言：随着经济的不断快速发展，我国城市化进程的推进速度也在不断加快，对建筑物提出的建设要求越来越高。建筑行业虽然整体发展形势相对比较良好，但是由于当前我国土地资源已经处于非常紧张的状态，很多地区的土地资源已经逐渐呈现出供不应求的状态，对于现代建筑行业而言，为了能够有效应对这一客观因素带来的影响，逐渐将建筑建设方向的重点由多层建筑向建筑方面转变。

1 建筑结构优化设计在实际工程中的意义

结构设计优化无论在房屋建筑工程还是市政道路等工程中都具有复杂性、多变性特点，优化结果的实现需要多个专业协调合作、共同努力。结构设计优化结果不仅关系到建筑整体使用功能，同时也关系到建筑的经济性。结构设计优化结果的出现，不仅要保证建筑整体结构设计的安全性，同时也符合建筑外观设计需求。对于房屋建筑来说，结构设计的优化还应将实用性、人文关怀紧密结合在一起，这对提升人们的居住质量，提升建筑的居住功能具有重要意义。

2 房屋建筑结构设计过程的优化

2.1 完善建筑结构设计的性能

第一，应确保建筑结构设计的稳定性。稳定性是所有建筑物最关键的性能指标，为了提升建筑物的稳定性，需考虑很多注意事项，其中，有效地进行嵌固端、短肢剪力墙的设置非常重要;第二，有效地控制建筑结构的水平力，对于建筑而言，在某一平面的水平方向，建筑结构受风荷载、地震荷载以及各荷载之间的组合作用影响，易导致建筑物在水平方向发生很大的位移，所以，在设计的时候，设计师需科学地进行建筑物高度的设置，更好地对高层建筑结构的水平力加以控制。

2.2 地基基础设计优化

从造价角度考虑，在确保承载力满足计算要求的前提下，应优先选用天然地基，当天然地基不能满足要求时，可以依次采用CFG桩复合地基、预应力混凝土管桩、钢筋混凝土钻孔灌注桩。一般情况下，CFG桩复合地基造价是预应力混凝土管桩的40%～80%，钢筋混凝土钻孔灌注桩造价是预应力混凝土管桩的1.1倍～1.3倍。高层住宅一般采用平板式筏板基础，不宜采用肋梁式筏基。

2.3 现代建筑结构设计方案科学合理性选择

现代建筑结构在涉及以及具体建设过程中，结构的稳定性和安全性，将会直接对整个建筑物的质量产生影响，尤其是建筑的层数很多、高度较高，所以对结构的要求也比较高。在对现代建筑结构设计进行优化时，设计人员首先要做的一点就是要对建筑结构自身在使用过程中的性质进行深入的分析。同时还要对其中各种不同的变量等因数进行掌握和了解，这样才能够从中找到符合实际要求的设计方法，比如当前比较常用的设计方法有直接优化方法和间接优化方法。在对设计方案进行制定和具体选择利用时，要想保证建筑结构设计方案的有效性和科学性，就必须要对其中各项因素、指标进行深入的分析。但是在与实际情况进行结合分析时，发现数学解析方法在其中的应用，无法将目标函数进行准确有效的表达，所以也无法通过极小值求解的方式，从中获取到最符合实际情况的建筑结构设计方案。针对这一问题，在对建筑结构进行设计优化时，一般会直接利用直接优化方法。该方法在应用时，主要是指在经过一系列的测算和分析之后，能够达到目标值的基本要求，同时还能够实现目标函数最优值的选择和利用。通过这种方式在其中科学合理的落实，能够保证现代高层建筑结构设计得到优化和完善。

2.4 在建筑结构抗震性能优化设计中的应用

建筑抗震设计是结构设计优化的重点，也是提升建筑设计质量、使用功能的基本需求。因此在建筑抗震设计中，一定要在设计理念和思想上得到充分的重视，加强对抗震设计的合理科学研究，并提升房屋建筑结构抗震设计及其使用性能的稳定性，需重点注意的是，在抗震结构设计优化中，应做到简约化、高效化、均匀对称性。对于抗震性能高的建筑结构来说，首先要具备一定的使用规则，尽量减少凸角结构设计，避免抗震结构设计的复杂化。建筑结构平面布置不规则的情况下，由于地震的作用会导致产生一定程度的扭矩效应，因此要注意偏离结构刚心远端抗震墙或框架柱承载力的验算。此外，在不对称建筑结构的抗震设计中，要确保结构平面布置结构的刚心和质心相重合，以避免或减小地震所产生的扭转效应。

2.5 有效地利用计算简图

计算简图是建筑结构设计中有力的数据依据，设计人员在进行建筑结构设计过程中，往往涉及构件尺寸、配筋率、建筑高度的确定等实际问题，以上问题的解决必须依靠准确的计算。而计算相关的内容，需要有效地选择、利用计算简图，保证相关的计算模型，或者计算简图与工程实际情况相符。因建筑物对结构的抗震能力、荷载承受力及其他功能与功能提出较高的要求，結构设计也是一项极为繁琐、细致的工程，设计师在选择计算简图的时候是很困难的，一定要全面考虑建筑结构的制约因素，合理地选择计算简图，进而全方位、立体化地确保计算流程及数据结果的精度。

2.6 在建筑地下部分结构优化中的应用

房屋建筑结构设计优化进程中，地下部分设计至关重要，对整体结构的混凝土量和钢筋量都影响较大。地下室部分一般设计情况比较复杂，地下部分的造价受地下室层数、是否为人防地下室、地下室顶板覆土厚度、是否考虑消防车荷载和地下水位等因素影响，设计主材用量差异比较大，因此，建筑地下部分结构优化只能是在保证安全可靠性的前提下，尽量减少不利因素。降低地下室层高，减少地下室层数，可以有效减少土方开挖量，降低成本;合理布置地下室柱网跨度和主次梁的布置方式，尽量把上部结构的嵌固部位放到地下室顶板，优化结构设计的合理性，减少主材用量;人防地下室顶板采用塑性计算方式，计算裂缝挠度时不考虑人防和消防车荷载，都是通过计算参数细节的调整，达到安全性和经济性同时满足。

结语：建筑已经逐渐成为现阶段以及未来建筑行业的主要发展趋势，为了保证建筑的质量，必须要保证结构设计的科学性和合理性。同时，在对结构设计优化方案进行制定和实施时，要对重点部位给予更多的关注，同时还要引进和利用一些先进的材料、技术，这样才能够保证现代高层建筑结构设计优化水平的有效提升。

参考文献

[1] 李盛勇，吕坚锋，徐麟，等.建筑结构合理构成与高效率结构设计[J].建筑结构，2020，50（4）：1-7，24.

[2] 马玲.建筑结构设计中的抗震结构设计理念[J].建材与装饰，2019（36）：74-76.