結構優化設計方法研究

【摘 要】城市現代化的發展帶動了城市建筑的發展。隨著城市建筑的增多，建筑結構呈現出多樣化的發展趨勢。在現代建筑設計中，結構優化設計能夠促進建筑結構的發展，使得建筑結構更具有穩定性和安全性。結構優化設計彌補了傳統建筑結構設計中的不足，對建筑的發展具有積極的影響。本文就建筑結構優化設計方法進行了簡要的探究，僅供參考。

【關鍵詞】建筑結構；優化設計；方法

隨著建筑行業的發展，城市建筑逐漸增多，在城市建筑數量增多的同時，建筑結構的優化設計逐漸被人們所重視。對建筑結構進行優化設計，可使得建筑結構更加符合人們的具體要求，而且能夠彌補傳統建筑結構中的不足，增加建筑的穩定性，提高建筑結構的質量，從而使得建筑的使用性能更加的完善，保障建筑的整體質量，從而為人們提供更加安全的建筑空間。

1.建筑結構優化設計概述

建筑結構之所以要進行優化設計，是為了能夠使得建筑更加具有安全性，滿足人們的使用要求。在建筑結構中，優化設計時一種設計方法，能夠對建筑造價、剛度和重量等進行優化，使得建筑更加具有穩定性和安全性。在對建筑結構進行優化設計時，要根據已有的設計方案，從中選出最佳的方案，從而對建筑結構進行具體優化。傳統建筑建設計中，主要采用的設計方法為：假設—分析—校核—重新設計。在傳統建筑結構設計方法中，主要根據建筑設計者以往的建筑經驗來進行建筑方案的設計，這樣的設計方法具有一定的局限性，所設計的內容不具有客觀性，與實際的施工需要具有較大的差距，無法滿足建筑的實際建設需求。而在現代建筑結構的設計中，采用結構優化設計方案，其設計方法主要為：假定—分析—搜素—最優設計。在這一過程中，設計者們主要是根據建筑的具體施工情況進行方案的設計，對施工的各個環節進行假設研究，對有問題的施工環節進行優化處理，使得設計方案達到最優化，采用這種設計方法，能夠減小設計方案和實際施工之間的參數誤差，從而能夠更好的為建筑施工服務，提高建筑結構的施工質量。

結構優化設計是一個綜合的優化設計方法，其能夠對建筑中的各個施工環節都做到充分的思考，從而保障建筑結構施工的質量。結構優化設計所設計的方案有多個，根據具體的建筑施工特點來選擇最佳的施工方案，從而減少建筑的投資，保障建筑的施工質量，從而使得建筑的經濟價值和使用價值都得到極大的體現。

2.建筑結構優化設計的意義

（1）在進行建筑的施工建設時，需要大筆的資金作支持，而在建筑結構設計中，需要資金最多的部分為鋼筋、混凝土和砌體等建筑材料，一般這些建筑材料所耗費的資金占建筑總投資資金的1/2，這就使得建筑的建設資金變得十分緊張。而采用建筑結構優化設計，則可以有效減少建筑的資金成本，在建筑材料上進行優化，在保障建筑材料質量的前提下，能夠使得建筑材料采購耗費的資金相應的減少，從而是緩解了建筑資金投資的緊張狀況。而且采用建筑結構優化設計還能夠有效降低建筑的建設風險和投資風險，從而使得建筑能夠充分體現出其最大的經濟價值。

（2）在建筑的施工過程中，最重要的環節就是進行建筑結構的設計，建筑結構設計方案的優劣決定了建筑工程的整體質量的高低。因此，在建筑工程施工中，要重視建筑結構設計。采用建筑結構優化設計，能夠使得建筑的設計質量得到明顯的提高，對建筑結構中存在的施工質量問題能夠進行有效的解決，從而降低建筑工程建設的風險，提高建筑施工的整體質量。

（3）建筑結構優化設計能夠在一定程度上減少不必要費用的支出，從而能夠節省部分的建設成本，對于大規模建筑工程來說具有重要的影響作用。建筑結構優化設計能夠對資源進行整合，從而使得建筑的建設資源充分的得到利用，從而為建筑企業創造更大的經濟利益，加強企業的市場競爭力。

3.建筑結構優化設計方法

建筑工程在施工之前通常要進行合理的施工方案設計，根據建筑工程的施工特點來進行施工設計方案的選擇，有助于明確建筑結構的形式，對建筑結構做到一定的了解。對常見的鋼筋混凝土住宅結構體系進行優化時，可以從結構整體布局以及具體構件兩個方面加以考慮。影響結構整體布局的因素包括了建筑物的體型特征、柱網尺寸、層高以及抗側力構件的位置等；具體構件因素主要包括結構的布置、構件的截面、混凝土和鋼筋強度等級及配筋構造等。綜合考慮兩方面的因素影響是必須的，為了實現這一目標，對工程師提出了更高的要求：需要結構工程師對結構和構件受力特征有充分的把握，選用合理的受力模型并能根據構件設計的合理經驗和對規范的深刻理解，采用合理優化方法進行有效設計。

3.1建筑結構抗震設計的優化方法

（1）盡可能設置多道抗震防線，一個抗震結構體系應由若干個延性較好的分體系組成，并由延性較好的結構構件連接協同工作。由于強烈地震之后往往伴隨著多次余震，抗震結構體系應由最大可能數量的內部、外部冗余度，有意識地建立一系列分布的屈服區，主要耗能構件應有較高的延性和適當的剛度，以使結構能吸收和耗散大量的地震能量，提高結構的抗震性能，避免大震時倒塌。適當處理結構構件的強弱關系，同一樓層內宜使主要耗能構件屈服后，其他抗側力構件仍處于彈性階段，使“有效屈服”保持較長時間，保證結構的延性和抗倒塌能力。在抗震設計中某一部分結構設計超強，可能造成結構的其他部位相對薄弱，因此在設計中不合理的加強某一部分以及在施工中以大代小改變抗側力構件配筋的做法都需要慎重考慮。

（2）建筑性能化設計應根據實際需要和可能，有針對性地選擇整個結構、結構的局部部位或關鍵部位、重要構件、次要構件以及建筑構件和機電設備支座作為性能優化設計目標進行性能化設計的優化。

3.2建筑結構平面的優化方法

建筑結構平面的不規則會導致結構的扭轉問題，即結構設計過程中未能做到質心、剛心和重心三心合一，在水平地震荷載的作用下結構發生扭轉振動效應。為盡量使作用在樓層上的水平荷載均勻分布，減輕結構的扭轉振動效應，建筑平面應盡可能采用簡單的平面形式，如方形、矩形、圓形或正多邊形等。當由于某些原因無法保證全部采用簡單的平面形式時，應使建筑平面的不規則程度控制在規范允許的范圍內。

3.3建筑結構靜力分析方法的優化方法

建筑結構的分析方法有很多種，包括彈性靜力法、動力彈性分析法、靜力彈塑性分析法、動力彈塑性分析法等。一般來說，建筑結構的變形和內力可按彈性方法計算，框架梁及連梁等構件可考慮塑性變形引起的內力重分布。建筑結構分析，一般情況下選用的是平面結構空間協同、空間桿系、空間桿一薄壁桿系、空間桿一墻板元等計算模型進行整體計算。然而，設計中經常將跨高比很小的轉換梁、墻體連梁等構件模擬成了空間桿模型，這樣會導致計算結果的不合理，因此，對于一些不符合桿系特征的構件在設計中采用有限元法來進行輔助分析。

4.結語

綜上所述，建筑結構優化設計對于建筑行業的發展具有重要的意義，其能夠有效整合建設資源，節省不必要的建設開支，對建筑結構中的質量隱患進行解決，降低建筑工程的投資風險和建設施工風險，有助于提高建筑結構的整體質量，增強建筑結構的穩定性和安全性，從而為居民提供更為安全的建筑，通過對建筑結構優化設計方法的分析和研究，能夠使得建筑行業的發展更加的快捷，從而促進城市現代化的發展。

【參考文獻】

[1]孫國正.優化設計及應用[M].北京：人民交通出版社，2004.

[2]江歡成.優化設計的探索和實踐[J].建筑結構，2006，36（06）：1-24.

[3]羅福年，張慧英，楊軍.建筑結構概念設計及案例[M].北京：清華大學出版社，2003.

[4]肖燕武.淺談建筑結構設計的安全度[J].科技創新導報，2007，35：107.