結構優化設計方法探析

摘要：隨著我國社會的高速發展，人民的生活水平也在不斷的提高，經濟的發展也帶動了我國建筑行業的快速發展，同時對建筑行業也提出更高的要求。對于建筑行業來說，追求最優化的配置和設計是每一個行業從業者追求的目標。所謂的最優化設計，就是在諸多被選擇的項目中根據自身的特點以及條件找到一種比較合理的、最節約成本以及實現利益最大化的設計方式與方法。基于此，本文就結構設計優化的內容加以概述，并提出了結構優化設計方法以及措施。

關鍵詞：結構優化設計；方法

引言

立足于工程結構的設計中，我們在最優化設計的過程中致力于將技術以及力學的相應概念做到最好的融合。在設計要求的基礎上形成一些可以操作的，具有可行性的方案，進而通過科學的數學計算找到客觀、實際的優化方案。在諸多工程結構設計的優化方案中，我們在選擇了最佳方案的同時，也就節約了成本，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，為人們提供更加安全的建筑空間。因此，結構優化設計是提高質量的最佳選擇途徑之一。

1、結構設計優化的概述

結構之所以要進行優化設計，是為了在節約建筑成本與建造高質量工程中有效統一，并滿足人們的使用要求。在建筑結構中，優化設計是一種設計方法，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—探索—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，有利于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，以減少建筑的投資，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、結構優化設計方法

2.1拓撲優化方法

此方法的內涵在于對建筑結構進行優化設計的過程中，應先找出最精準的房建結構形式，并對建筑結構強度進行全面分析，采取拓撲優化方法來將建筑結構的自身重量有效降低，進而全面改善建筑物的整體性能。除此之外，在利用此方法的時候，相關設計人員應對此方法的優勢進行全面分析，并采取拓撲優化方法把建筑物結構設計轉化為概念性的建筑結構設計，進而在一定程度上將結構設計的邏輯性有效地加大。

2.2結構模型的優化設計

在建筑物結構設計優化過程中，需要遵循如下設計原則。首先要進行建筑單位變量的優化選擇，深入計算及分析建筑物各個構成部分的數值，確保建筑結構設計的精確化。這里面涉及到一系列的建筑工程目標參數，比如預期損失參數、房屋價格變化參數、房屋架構可靠性參數等，通過對不同性能參數的思考，可以進行建筑結構設計的整體性分析，有利于降低建筑結構設計、計算等模塊的工作難度。函數確定模塊是建筑物結構設計體系的重要組成部分，在這個過程中，設計人員要選擇恰當的函數，進行房屋橫截面積、鋼筋尺寸面積函數的優化選擇，進行不同函數組合性質的分析，進行房屋建造成本費用的降低。為了優化建筑結構設計模塊，需要進行條件衡量模塊的優化，從房屋結構穩定性及實用性的角度出發，進行房屋設計約束指標的分析，這主要涉及到架構穩定性環節、受力限度環節、架構體系規格環節等。在工作設計模塊，需要進行房屋建造工程狀況的分析，進行施工約束性條件的分析，實現最優化的設計效果。

2.3外形優化方法

①相關設計人員應對建筑物的具體狀況進行全面了解及掌握，依照國家的相關設計規范來進行整改。在建筑結構外形的區分上，可采取外形優化的方式，在實際設計的時候，則采取連續性結構與桿系結構。②對桿系結構外形進行設計的時候，應合理選取建筑結構的相關節點坐標，這是很重要的，接著將所選的節點坐標作為設計的一般變量，從而確保建筑結構設計優化的最大化滿足及需求。

2.4節能結構的設計優化

隨著綠色建筑理念的興起，節能結構優化設計方案不斷得到應用，在節能結構設計過程中，需要進行建筑物布局及表面形狀的優化，為了減少熱能消耗，建筑外表不要接受冷風的直接朝向，做好門窗及屋頂的結構優化工作，以此來進行保溫材料的使用。

3、結構設計優化方法的措施

3.1概念設計結合細部結構設計優化

概念設計通常運用在沒有具體數值量化的情況下，如：地震設防烈度，由于其不確定，計算中與實際有很大不同，在實際設計中就應運用概念設計方法，將數值視為參考的一項依據。在設計中需要設計工作人員對結構設計方法進行優化，達到建筑設計最優效果。與宏觀建筑相對的是，在設計中應注重設計優化建筑細節，如：在鋼筋市場中，冷軋帶肋鋼與I級鋼價格差不多，但是二者極限拉力卻是有很大差距，因此在達到塑性要求下，應使用冷軋帶肋鋼筋來進行現澆板的澆筑。在實際設計過程中，外立面上懸挑構件的配筋，則需要結合基本規范要求進行，在保證施工安全的前提下，也要保證施工的經濟性，只有做到這樣，才能確保建筑結構施工整體質量和效益。

3.2鋼結構設計的優化

由于建筑使用的材料不通過，其結構性能也存在一定差異。在鋼結構設計中應有結構優化技術，需要考慮到以下方面的問題：（1）鋼結構具有重量輕、強度高、延性好的特點；（2）在鋼結構設計中可以選擇何種優化技術；（3）可以利用現代高速電子技術，建立三維立體模型，對多種材料強度下受力進行多次試算，展開經濟比較；通過模型分析，判斷優化技術在施工過程中的應用效果等。

3.3地基基礎結構設計優化

在優化地基基礎結構設計中，應選擇合理的設計方案。若是樁基礎，應結合現場地質條件選擇相適應的樁基類型，盡可能降低建筑成本。樁端持力層影響著灌注樁樁長，應在多重對比下來確定出最佳設計方案。在優化獨立基礎設計荷載取值的同時，鋼筋混凝土多層框架房屋宜優先采用柱下獨立基礎。多層框架結構無需驗算地基的抗震承載力，但在實際設計中還是需要適度考慮風荷載因素的影響，而在計算鋼筋混凝土高層結構時，更需要將水平風荷載因素考慮清楚。同時，在獨立基礎設計過程中，作用于基礎頂面的柱腳荷載值只取彎矩設計值和軸力設計值，避免影響建筑上部結構的整體安全。

4、結語

近年來，隨著社會的發展和人們生活水平的提高，對建筑的安全性、實用性、藝術性、美感性等方面的要求越來越高，因此，建筑結構設計優化就顯得非常重要，在今后的工作中有必要進一步深化建筑結構的優化設計，只有這樣，才能更好地滿足人們越來越高的生活及使用需求。

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