淺談建筑結構設計優化方法及其應用

摘要：隨著經濟的不斷發展，城市規模的不斷擴大，房屋建筑工程建設的數量也在迅速增加，要實現建筑經濟性和適用性的目標就要對建筑結構進行優化設計，從而有效的降低工程造價。

關鍵詞：結構設計；優化方法

引言

建筑結構設計優化的理念應注重實際為主，根據工程項目建設的實際情況，進行建筑結構優化設計要以計劃成本為控制為中心，其內容就是對建筑方案、建筑結構含樓蓋結構、基礎結構以及圍護系統結構等環節，建立起一種關于結構優化設計的模型，通過對各種不同的影響變量參數中的若干關鍵參數的科學的計算，確立最終的建筑工程結構設計的優化方案。

1.建筑結構設計優化的意義

1.1節省工程造價

建筑工程造價中建筑結構的成本大約占到總造價的50%，對建筑結構進行優化設計可以在很大程度上降低工程總造價，節約工程造價成本。建筑結構優化設計能有效的節省房屋建筑的投資成本，具有巨大的經濟價值。

1.2提高工程質量

目前設計單位的水平整體都在不斷提升，但是首先很多工程師成本控制意識低，忽略對建筑工程的成本造價控制，只追求高的安全系數，從而造成設計過于保守；其次，沒有相應的責任制，設計人員缺乏責任心，對建筑結構的設計概念不清楚，一味的使用計算機而不是大腦來進行計算，常常導致計算不合理或者與工程實際不吻合等等錯誤，使之結構設計存在安全隱患或者較大的浪費；另外，設計人員與建設單位的溝通不到位，沒有完全理解建設單位的建造用途及建筑功能，進而造成建筑產品不能滿足建設單位的需要。

據統計因為在設計過程中，設計質量差，造成功能布置不合理，相關專業工程師沒有相互溝通，導致經常出現在施工過程中進行修改及返工現象，導致施工工期不能控制。同時因為工程質量差，工程存在安全隱患等問題，造成投資的巨大浪費。通過建筑結構設計優化可以有效的提高工程設計質量，降低安全隱患，減少投資浪費。

1.3建筑結構優化設計的社會意義

國家的宏觀調控力度在不斷的加大，原材料的價格在不斷的上漲，從而在建設的前期挖掘潛力，節約建筑造成成本、科學的優化設計，有利于節約建筑的原材料、保護環境，符合國家“低碳、節能、環保”的理念，利國利民。

2.建筑結構設計優化技術應用

通過結構優化設計技術來逐步改善房屋建筑的使用性能，進而提高經濟性，大力降低工程成本造價。在某個建設工程項目中，結構優化設計技術主要應用于項目的整體設計、前期設計以及抗震設計等各個分部階段環節，應用廣泛，其發揮的效能也十分明顯。

2.1樹立精品意識

結構優化設計過程是結構工程師打造設計精品的過程，預算專業提前到設計方案階段，為結構工程師提供必要的經濟分析數據，通過結構工程師與造價工程師對設計質量、品質的經濟指標的全程控制，實現設計產品質量與經濟的統一。

2.2優化設計中正確理解應用結構設計規范

追求適用、安全、經濟、美觀以及便于施工是建筑結構優化設計的目的。因此，建筑結構優化設計不但要求結構設計工程師有豐富的設計經驗，也同時要對建筑結構規范的條文的概念、定義、前提條件及適用范圍有較為詳細的了解，在建筑結構設計規范的基礎上，能夠把自身的結構設計方案科學的融入到整個項目工程中。對于一些大面廣的工程中，某些條文規定不可避免的偏于保守，同時，也有些條文對一些特殊、復雜工程的設計工程條文安全性不足。因此，建筑結構工程師在優化設計中，應該充分利用扎實專業知識與豐富的設計經驗，對上述問題做出科學與正確的判斷，從而能夠把握設計，使設計成果逐步優化，不斷創新。

2.3結構工程師要積極參與工程前期規劃及方案

建筑結構工程師要積極主動參與前期工程規劃及建筑方案，是實施結構優化技術的重點內容。因為，在在實際施工中，建筑結構工程建筑師難以把握對結構體系的受力的正確分析，相關建筑結構工程師要積極主動地參與前期方案設計，幫助建筑師構思與逐步創新，使得建筑師的建筑理念得以完美的體現。

2.4合理的結構方案

要用整體的概念在待定的建筑設計中來完成結構整體方案的構思，處理好構件與構件，構件與整體結構的關系，充分利用和發揮整體結構與構件的最佳受力狀態，使結構具有足夠的承載力、剛度及良好的延性，盡可能使結構受力與傳力簡單、直接、明確，使之整體結構安全可靠協調一致，使建筑的型心與重心重合，避免及減小外力作用下的扭轉效應，結構平面規則對稱與豎向剛度的均勻一致，才能達到結構設計的安全經濟。

2.5建筑結構各部門相互協調與合作

建筑結構優化是一個復雜性的系統工程，涉及到的專業也很廣，各個專業必須相互協調與配合。依據建筑學發展角度出發，現代建筑是綜合性產品，包括建筑、結構以及設備等要素。因此，建筑工程在工程實施中，應該大力加強分工與合作，將各個構成要素進行充分有機結合，為打造出完美的作品夯實基礎。在建筑工程項目設計中，最重要的環節是建筑設計與結構設計，只有將這兩個環節充分結合，建筑工程實用、經濟、美觀大方效果才能充分體現，同時，建造結構受力更趨向合理性，大大降低了成本，簡化了施工。但在建筑設計中，一些許建筑設計人員不遵循建筑的基本力學規律，過于注重設計方案創作的新奇性，導致這建筑結構難于處理，因此，建筑結構優化必須通過強化各個專業的合作與協調，才能夠實現結構合理，成本降低。

2.6建筑結構抗震概念設計

概念設計就是利用設計概念并以其為主線貫穿全部設計過程的設計方法，整個設計中包含著設計者的感性和理性思維。

概念設計通過使建筑結構在遭遇到水平地震力作用下不會破壞，或者將對結構的破壞影響降到最低。因此對建筑結構的設計就要采取措施減小地震帶來的影響，減小地震產生影響的重要手段是需要結構剛度均勻和對稱，結構主體有足夠的延性，能夠有效地防止結構在地震作用下發生脆性破壞。同時多道設防思想又能使次要的構件在地震情況下先被破壞，從而使一部分地震能量得到消耗，在抗震設防中進行多道防線設計，能有效的抵抗地震力作用。

2.7提高材料的利用率

結構的效能設計主要考慮充分發揮結構材料的力學性能，有效的減少結構材料的消耗，達到“少費多用”的目的。各種高強材料（高強度鋼筋、高強度混凝土等等）和各種輕型材料（如輕骨料混凝土、輕型隔墻、輕型墻板）的合理利用可以有效的減輕建筑結構的自重，減小水平地震力的作用，減小基礎頂部荷載等等

2.8充分考慮地基基礎結構設計

地基基礎是建筑結構設計的重要組成部分之一，其造價根據工程所建地地基土的不同，基礎形式不同，其基礎造價也不同，但其造價占工程總造價的比例也不同，其比例占總造價的20-25%不等。地基基礎屬于隱蔽工程，建筑物的高度與安全性等受地基基礎影響很大。建筑結構中的地基基礎的結構設計必須選擇合適的方案，要依據現場地質條件上部結構形式、高度、層數、基礎頂部荷載，綜合進行基礎選型及埋深等設計，最大程度的節省造價。

3.結語

要科學合理的對建筑結構進行優化設計，使其在建筑業的發展中發揮更好的作用，降低建筑成本。通過概念設計、正確的計算及合理的構造措施來保證，設計要在實踐過程中不斷的研究、探索和創新，使其經濟性和適用性的目標得以實現。

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收稿日期：2013-4-11

作者簡介：夏忠翔（1965-），男，漢族，貴州貴陽人，高級工程師，本科，主要從事建筑設計及管理工程工作。