結構設計優化技術及其在建筑結構設計中的應用

馬巒

摘 要：在建筑結構設計中，結構優化設計技術起到了至關重要的作用，采取合理的結構優化設計不僅僅可以節省大量的建筑結構空間設計，更加可以節省大量的資金，創造更多的經濟價值，在結構優化設計中，應用現代化的科技手段，構建合理的建筑設計方案，進而達到經濟適用的目的。文章主要針對結構優化設計在建筑結構設計中的應用進行簡要的分析與總結，并對其存在的問題提出相應的解決措施，僅供參考。

關鍵詞：結構設計；建筑結構；優化技術

1 建筑結構設計的重要性

隨著經濟建設的不斷變化與發展，人們對于建筑行業的逐漸重視，新的技術以及理念也在不斷地被應用于其中，計算機技術的普及引起了建筑行業新的變革與發展。建筑結構設計就是采取先進的設計手段及理念，在有限的空間范圍內進行完整的、合理的優化設計，將使用空間最大化，同時還要特別注意結構設計與構件之間，結構與結構之間的空間布局。這也是檢驗建筑結構工程師是否合格的重要標準之一。工程師建筑結構設計的重點不僅僅體現在設計理念上，而且對于其結構設計的經驗總結也是極其重要的，隨著計算機的發展，對于工程師的設計手段又提出了新的標準與要求，建筑工程設計師不僅僅要掌握專業的設計理念，同時還要掌握基本的計算機技能，將設計理念與計算機技術相結合使其更上升一個合理的高度，此時設計理念就尤其的重要，在整個建筑結構中必須完全的充分體現出來。

2 建筑結構設計優化方法的應用及實踐價值

2.1 結構設計優化方法的應用

結構設計優化主要體現在房屋工程總體設計以及局部設計當中，在房屋建設分布設計中，結構設計優化技術起到了至關重要的作用，對于結構基礎方案的優化、房屋建設的優化、圍護方案的優化、結構設計的優化等一些列優化設計都離不開結構設計優化的整體布局與設計，在整個優化過程中，還要結合具體的實際工程情況，進行合理的分析與總結，將其設計優化的整理理念可以充分體現在建筑結構優化設計中，在滿足相關規定的前提下，進行經濟效益的結構設計優化，進而達到節約經濟的目的。

2.2 結構設計優化方法的實踐價值

在進行結構設計優化的過程中，必須從其長遠的利益出發，將其結構設計的合理性完全的在整體建筑結構中有所體現。不能只顧眼前的建筑結構設計所產生的經濟效益，這樣很容易導致在使用中，隨著時間的累積而將導致嚴重的經濟失衡。在傳統的設計理念里，采用其結構設計優化可以使建筑工程造價的成本降低至5%～30%左右。然在結構優化設計中，利用材料的性能可以有效的將其建筑結構優化的各個部門得到很好的協調，在滿足建筑規范的前提下，達到“適用、安全、經濟”的目的。

3 民用建筑結構設計與經濟性的關系

3.1 結構設計與用地的關系

隨著經濟的不斷變化與發展，建筑行業的發展也得到了突飛猛進的發展，尤其是近年來高層的廣泛出現，更是緩解了城市用地的緊張情況。結構設計的優化更是完善了高層建筑的設計要求及標準，房屋總體高度的不斷增加，進而使房屋間的距離也在不斷的加大。因此，用地的使用面積并不是隨著層數的逐漸增加而相應的減少。

3.2 結構設計與造價的關系

建筑層數對單位建筑面積造價有直接影響，但影響程度對各分部結構卻是不同的。屋蓋部分，不管層數多少，都共用一個屋蓋，并不因層數增加而使屋蓋的投資增加。因此，屋蓋部分的單位面積造價隨層數增加而明顯下降。基礎部分，各層共用基礎，隨著層數增加，基礎結構的荷載加大，必須加大基礎的承載力，雖然基礎部分的單位面積造價隨層數增加而有所降低，但不如屋蓋那樣顯著。承重結構，如墻、柱、梁等，隨層數增加而要增強承載能力和抗震能力，這些分部結構的單位建筑造價將有所提高。

3.3 高層住宅結構設計與經濟性的關系

住宅的層高直接影響住宅的造價，因為層高增加，墻體面積和柱體積增加，并增加結構的自重，會增加基礎和柱的承載力，并使水衛和電氣的管線加長。降低層高，可節省材料、節約能源，有利于抗震，節省造價。同時，除降低層高可以減少住宅建筑總高度，縮小建筑之間的日照距離，所以降低層高能也取得節約用地的效果。

在相同建筑面積時，住宅建筑平面形狀不同，住宅的外墻周長系數也不相同。顯然平面形狀越接近方形或圓形，外墻周長系數越小，外墻砌體、基礎、內外表面裝修等也隨之減少，并且受力性能好，造價會降低。考慮到住宅的使用功能和方便性，通常單體住宅建筑的平面形狀多為矩形。

4 結構設計優化技術在建筑結構設計中的應用

4.1 直覺優化（概念設計優化）技術與建筑結構設計

對于同一建筑方案，可以有許多不同的結構布置設計；確定了結構布置的建筑物，即使在同種荷載情況下也存在不同的分析方法；分析過程中設計參數、材料、荷載的取值也不是惟一的：建筑物細部的處理更是不盡相同，這些問題是計算機無法完全解決的，都需要設計人員自己作出判斷。而判斷只能在結構設計的一般規律指導下，根據工程實踐經驗進行，這便是前面所說的概念設計。因此，概念設計存在于設計師對多種備選方案進行選擇的過程中。

4.2 概念設計處理的實際建筑設計問題

在建筑結構設計中，很多外在因素是難以控制的，尤其是地震這種破壞力極強的自然災害，對于建筑結構來說，破壞性是不可估計的。故此，在進行實際建筑設計時，必須充分考慮其建筑結構的地質特征，采用概念處理的原則進行合理的規劃設計，將其存在的危險因素降至最低。在進行建筑結構設計時，要充分考慮抗震性能的重要性，分析其建筑階段所受到的各種危險因素，采取合理的技術手段，在建筑施工中注意剛度均勻、對稱的重要性，同時還可以采取延性的設計原則，它可以有效的防止建筑結構在地震發生時所產生的突發性破壞力，同時還能有效的減少地震的部分壓力，消耗一定的能力，減少破壞。

5 結束語

建筑是凝固的藝術，建筑師總是希望通過建筑物表達自己的設計意圖，力求藝術性和實用性的完美結合。結構師在保證安全性的前提下，當然應該敢于挑戰新的結構形式，使建筑師的意圖得以實現。在建筑結構設計的過程中，在基本滿足建筑師設計意圖的基礎上，平面布置應盡量規則，對稱，盡量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產生太大的扭轉效應。豎向布置上，在滿足功能要求的前提下，盡量使豎向承重構件上下貫通；能不使用轉換層的就應避免使用，以減小結構分析和設計上的困難，另外也不經濟，還容易造成應力集中；豎向剛度最好不要突變，而要漸變，否則突變處在水平荷載作用下會出現嚴重的應力集中現象，這對結構抵抗水平動力荷載是十分不利的。

參考文獻

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