試析結構設計優化在建筑設計中的應用

【摘 要】 一個建筑要達到精美的效果，設計師需要把其美觀設計與結構設計緊密結合起來。在建筑設計中，要采取適用、經濟、安全、便于施工和美觀這五種效果措施。建筑設計中，應用結構優化設計方法可以滿足這一要求，保證建筑美觀、造型優美，同時又能夠便于房屋的施工，使房屋安全、經濟、適用。在進行建筑設計的實踐過程中，應加強實踐探索，降低經濟成本，以達到經濟效益的最大化，從而在保證經節約經濟成本和達到美觀要求的情況下合理進行結構設計。

【關鍵詞】 結構設計優化；建筑設計應用

傳統的結構優化設計，實際上指的是結構分析，其過程大致是假設-分析-校核-重新設計。重新設計的目的也是要選擇一個合理的方案，但它只屬分析的范疇；且只能憑設計者的經驗作很少幾次重復以通過“校核”為滿足。結構優化指的是結構綜合，其過程大致可歸納為：假定-分析-搜索-最優設計四個階段。其中的搜索過程是修改并優化的過程。它首先判斷設計方案是否達到最優（包括滿足各種給定的條件），如若不是，則按某種規則進行修改，以求逐步達到預定的最優指標。[7]

一、結構設計優化方法的理論基礎

在工程項目結構設計過程中，需要認真考慮的問題有很多，最終要實現的目的是需要在設計對象基本適用功能和安全可靠性有一定保障的基礎上，更好地設計設計對象，使其達到最佳效果。在此基礎上，工程和結構最優化的問題就必須要引起重視。

從建筑理論上分析結構設計優化方法可以得知，結構設計優化方法主要體現在兩個方面，其一是房屋工程部分結構的優化設計，其二是房屋工程結構總體的優化設計。后者的優化設計包括：屋蓋系統方案的優化設計、圍護結構方案的優化設計和結構細部設計的優化設計。穿插其中的，還包含選型、布置、受力分析、造價分析等項目，在實施過程中，應遵循一定的原則，結合具體工程的實際情況，從實際出發，圍繞房屋建筑的綜合經濟效益目標進行結構優化設計。

在設計安全被保證的情況下，建筑師應開拓創新，挑戰新的結構形式。在建筑結構設計的過程中，建筑師的設計意圖應能夠得到基本滿足，應設置盡量符合規則的平面布局，使其對稱；同時縮小質量中心和剛度中心的差異，使建筑物在水平荷載作用下不致于產生太大的扭轉效應。在豎直方向的布置上，應確保在滿足功能要求的情況下，盡最大可能貫通豎向的承重構件；為使結構分析和設計上的難度不致于太大，減少不必要的經濟浪費，使應力分散，轉化層應盡可能少地使用；豎直方向的剛度要漸變，而不要突變，如若不然，在水平荷載作用下，突變處會產生嚴重的應力集中現象，這是非常不利于結構抵抗水平動力荷載的。

二、優化的結構設計技術在實踐中的應用

在優化結構設計方案設計好以后，就可以在實踐中融入這種理論方法。當前，結構設計優化屬于一個較為普遍的課題，在能夠充分利用結構優化方法而且其適用性能不出現改變的基礎上，使工程造價目的得以實現，在實踐中充分地運用結構設計優化方法，對于我國建筑工程設計人員而言，是很有必要的，也是很重要的。結構設計優化設計在項目的整體設計、前期設計、舊房改造以及抗震設計等環節中，能夠產生巨大的效益。在結合結構設計優化方法以及模型的基礎進行實踐，一定要注意一下三方面的問題：在結構設計優化的前期工作中積極參與，優化概念設計和細部結構設計，對下部的地基基礎結構設計進行優化。下面就針對這三方面開展進一步的分析和討論：

1.在結構設計優化的前期工作中積極參與

由于前期方案的確定與建筑的總投資之間有著直接的關系，而現在存在的普遍問題就是前期方案階段結構設計并不參與其中，建筑師在實施建筑設計的時候，通常情況下都不對結構的合理性以及其可行性進行充分地考慮和分析，但是建筑設計的結果對于結構設計而言，能夠產生直接影響，有一些方案可能會使結構設計的難度有所增加，在此基礎上會使建筑的總投資得以提升。若是在方案初期，結構優化設計就能夠參與到其中，那么我們就能夠依據不同的建筑類別，將合理的結構形式和合理的設計方案選擇出來，從而有一個好的開始。

2.優化概念設計和細部結構設計

針對那些沒有具體數值量化的情況，概念設計是最佳的選擇，例如，地震防烈度的設置，由于它具有一定的不確定性，計算式與現實之間難免會存在一定的差距，在設計過程中，概念設計的方法是比較適用的，將數值作為輔助參考資料。在設計過程中，設計人員需要能夠對結構設計優化的方法靈活充分地運用，從而達到最佳效果。

3.對下部的地基基礎結構設計的優化

在地基基礎結構設計優化過程中，合適方案的選擇是很重要的，若是樁基礎，那么就需要與現場地質條件相結合，將樁基類型合理地選擇出來，使造價得到最大程度地節省。樁端持力層會對灌注樁樁長的選擇產生一定的影響，在這種情況下，應該多比較，最終確定最佳方案。

例如：某中學藝體館，三層22m跨大梁采用后張有粘接預應力新技術，解決了跨度大、荷載大的問題；梁截面400*1500mm，選用后張有粘接部分預應力混凝土梁，預應力鋼筋

3-7∮5，利用荷載平衡法平衡恒載+1/4活載，以保證在無荷載時不至于反拱過大。

三、結論

對結構設計優化的技術方法進行充分有效地利用，可以使有限的空間、有限的資源得到一定程度的提升，從而使其的效果得到最大化的發揮，在此基礎上，經濟化、實用性以及適用性的目標得到有效實現。在這種情況下，建筑產品的品質要求實現了不斷提升，從而使人，們對居住條件以及生活環境的要求得以實現，與此同時，建筑商滿足顧客需求的手段也實現不斷更新的目的，最終使建筑工程造價成本的目標得到有效地降低。

參考文獻

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[5] 姚琦泓.概念設計在建筑結構設計中的應用[J].商品儲運與養護. 2008（06）

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[7] 百度百科.結構優化設計