探究建筑結構設計的優化對策

李玉林

摘 要：現代建筑的日趨豐富，個性鮮明的建筑比比皆是，這種跟個性化的設計給結構設計帶來較大的難度。建筑結構的設計是建筑工程的重要環節，設計的成敗將直接影響到工程的使用、成本、安全等各個方面。因此在設計的過程中應當對關鍵性問題進行控制和解決，避免出現遺漏和誤差，力求將結構設計做的合理而優化這才是結構設計的目標。鑒于此，本文對建筑結構設計的優化對策進行了分析探討，僅供參考。

關鍵詞：建筑結構設計；優化；對策

1 建筑結構設計優化概述

建筑結構設計優化作業從某種意義上來講是一項專業性比較強的作業，它不僅僅要能夠真實體現出建筑結構設計的可操作性，還要能夠對整個建筑施工作業進行全面的評估。優化主要體現在對于建筑結構以及成本、圖紙規劃方案、戶型設計、建筑風格等方面的優化。這就要求建筑施工設計人員要能夠明確每一個階段對于建筑結構設計的優化目標，從而減少成本的使用，合理的建筑結構優化不僅僅可以大大提高工作效率，還能在很大程度上保證質量，延長建筑結構的使用壽命。在當前我國大力提倡市場效益最大化的前提下，建筑行業要想在激烈的市場競爭中獲得較好的發展，就必須在施工作業前了解房屋建筑結構設計的重要性。良好的建筑結構優化對于整個建筑施工材料的有效發揮有著積極的重要作用。同時合理的設計優化還能改善人們的居住環境，提升生活質量的舒適度。此外，還能減少資金的使用，最重要的是優化設計是為了更好地的適應時代社會發展的需要。

2 建筑結構的設計優化理念

在對房屋結構設計中的建筑結構設計優化的長期探討中，建筑結構的設計優化也有自己的理念。其中優化設計理念包含四個方面。第一個方面是房屋建筑具有安全性能，建筑能夠反映人類的進步文明程度，能夠保障人們各種工作的順利進行，因此，對于建筑的安全性能有很高的要求。建筑結構的設計無論優化到什么程度，都是需要建立在安全性能的前提之下，一旦一個建筑優化的連安全性都保證不了，那么這個建筑就失去了存在的意義，甚至帶來很大的災難。第二個方面是可用性，建筑在表現美觀的同時，設計優化的主打理念還是建筑的可用性，功能要滿足使用者的要求，帶來舒適的感覺。第三個方面是建筑結構的優化需要保護環境，我國在長期的發展中，人們對于保護環境的意識不高，造成我國目前環境的嚴重污染，因此，在建筑結構的設計優化的時候，設計合理，采用環保的建筑材料，排水等具有污染性的系統要做好環保的防護工作。第四個方面是可用價值性，在建筑結構的設計優化中，不能只顧眼前的利益，為了節約成本，而偷工減料，降低建筑的實際可用價值。建筑結構的設計優化理念的真正目標是用最少的錢卻能打造出最有價值性的建筑。

3 建筑結構設計過程中遇到的關鍵問題

3.1 水平承載力

建筑結構設計時必須關注建筑承載能力。就建筑本身而言，建筑結構的承載力所起到的作用是無可替代的。其水平的荷載力對于突發狀況可以起到很好的效果，比如，由于地震和大風原因造成建筑物損壞或者侵蝕等現象。建筑結構的水平載荷力主要影響這建筑的彎矩和軸力，這也是有別于建筑的自重和上部結構導致的承載力。通常狀況下，我們對高層或者超高層的建筑，都無法正確掌握其水平或者豎直的承載力，然而需要了解的是，建筑物豎直承載力，特別是高層和超高層建筑的荷載力在一定范圍之內是保持不變的，因此，只有水平荷載力會因為受到外界環境的影響，比如，地震、大風、暴雪等影響，致使建筑結構水平載荷力隨著變化而變化，可見，水平載荷力對于建筑結構的安全性的意義。因此，一旦水平載荷力產生問題，將可能引發較為嚴重的安全事故，嚴重的時候可能威脅到人身安全。

3.2 結構產生變形

產生變形也是影響建筑物整體性能的重要因素。就建筑、特別是超高層建筑結構而言，豎向承載力相比于水平承載力在一定程度上不會產生影響，然而，倘若柱體受到外界干擾力過大也可能造成一些建筑結構上的問題。比如，倘若柱體受到的外力超過自身承載力，那么將可能導致建筑結構軸向產生變化，嚴重的時候可能直接變形。要知道，倘若建筑豎向承載力產生變化，就會導致整個建筑結構的彎矩，從而產生一系列連鎖反應。結構產生變形之后可以使得連續性的橫梁之間的支撐力的負彎矩值縮小、建筑結構正彎矩值增大，這兩種方向的變化，將最后導致兩段支撐位置的負彎矩值上升。在對建筑結構設計過程中，每一個部件都有一個軸向的變形數值。在實際操作中，設計工作者應當結合實際要求，靈活進行建筑結構設計，必要的時候可以對構建的長度進行修改，以此減小由于結構產生變形帶來的不好影響。

4 建筑結構設計的優化對策

4.1 構建設計模型

建筑結構優化設計是現階段房屋結構建筑設計的研究課題，是突進建筑經濟性與安全性的前提要素，在對其進行實施優化設計時，需要考慮以下方面的因素：第一，科學選擇變量。通常情況下，設計師必須對整體的設計方案有初步的認知，還需要考慮到其對建筑建設的影響，針對部分重要工程參數來說，將其取值需要視作參考依據，這就需要變量供設計人員進行合理的選擇。在實際設計過程中，設計師需要參考相應的參數，最好參考變化幅度相對較小，或是不需要考慮太多因素的，這樣才能更好明確目標數據，從而減緩結構設計及編程難度；第二，確定函數，為了將房屋建筑成本控制到最低，設計人員需要篩選合適函數；第三，權衡建筑施工條件，對于設計師而言，他們需要從整體角度考慮房屋構件的尺寸，還有相應的結構體系，這樣才能從根本上保障建筑物的穩定性。實際設計過程中，設計人員需要從建筑物的使用目的，再到施工條件，從而獲取設計約束條件，然后依據建筑規范解決設計難題，最終確定最優的設計方案。

4.2 使用科學的計算方式

在建筑結構設計的時候，會運用到很多的計算公式和計算程序，倘若需要優化建筑結構設計，就需要對大量的數據進行預算，而在數據預算過程中就會涉及到很多的計算方式。在數據處理中，設計工作者需要關注的是，不能帶有限制條件，倘若有限制條件也需要轉變稱沒有，以此才能提升數據的精確度。在數據計算的時候會使用到很多的計算方式，且各個計算公式之間都具備其特有的優點和缺點，因此，設計工作者要結合實際狀況，選擇最適宜方式，既滿足優化要求，由簡單易操作，從而推動工程進展，降低資金投入。

4.3 對選擇的結構形式進行合理的優化

建筑結構體系的選擇，對項目建設有著重大的影響。在進行結構選型時，要對于整體建筑結構的用途、高度、功能、周邊環境、抗震性等多方面因素進行合理的把握，因地制宜地選擇合理的結構體系，較為常見的結構設計類型有如下三種：

（1） 剪力墻結構，這種結構形式常見于高層住宅建筑，這種結構形式相比短肢剪力墻的抗震級別要高，軸壓比也有優勢，比短肢墻構造鋼筋使用量要省。（2） 框架結構，具有大開間、布局靈活性強和工期短、主體造價成本上的優勢。（3） 框架一剪力墻結構，即在框架結構中合理進行一定數量剪力墻的布置，這種結構合理，適用能力強，而且能夠應對各種不同的變形壓力，是一種抗側力較好的結構。

這三種結構體系各具優缺點，在選擇結構體系的時候，不能片面認為造價最低的方案就是最科學合理的方案，而是我們必須結合建筑使用上的功能需求，以及甲方的投資預算和施工技術等多方面條件進行結構體系的綜合比較與分析，將投資與收益相平衡，根據工程的客觀實際情況選擇最為合適的結構體系。

4.4 積極應用信息優化技術

在房屋建筑結構設計中存在的變量比較多，房屋建筑結構的優化造成了一定的障礙，因此考慮到房屋建筑結構中存在的各種復雜因素，在優化設計中就應該積極應用先進的信息技術，比如應用一些參數定義軟件，這樣就能夠有效的減少房屋建筑結構優化設計中設計者的工作量，提高工作質量和工作效率。目前比較好用的軟件系統為“TBCAD系統”，該系統能夠通過對結構方案進行指導性的設計來實現“方案的人力、物力和財力資源等趨于最優狀態。”該系統的信息優化過程可以分為兩個階段：第一階段是對材料使用量進行優化配置，也就是說要使用最少數量的材料，實現最好的結構性能，在該階段中需要把混凝土用量設置為目標函數，而“結構構件斷面大小”需要設置為變量。第二階段是優化所設計結構中的各種構件強度，就是指對構件中鋼用量與斷面大小進行調整，實現質量和造價的完美結合。

4.5 合理控制配筋率

配筋率是建筑中一項基本且重要的指標，現在的建筑一般都是高層或超高層，所以鋼筋利用的量很大，同時鋼筋市場中鋼筋的價格也在不斷的提高，所以鋼材的成本越來越大，因此合理的鋼筋用量和配置就會產生很明顯的效果。合理的配筋率是在保證房屋結構安全、耐久性和房屋適應性的前提下的，在配比中一定要考慮到房屋結構規范的各項限值，合理的配置鋼筋的各種規格和它要完成的作用，有效控制鋼筋用量，從而降低工程成本。

4.6 剪力墻優化設計

在整個建筑工程結構中，聯肢墻連接著內部梁和墻，保證了墻的安全性和穩定。在實際設計過程中，連梁的強度和剛度增加了結構的地震作用，相應的梁和墻分配內力也不斷增加，需要不斷增加配筋的數量，就會增加工程材料投入，進一步增加工程造價。因此，在設計人員要摒棄傳統落后的設計方式，要從經濟的角度，分析建筑結構的抗力和變形，對剪力墻，要保證周圍均勻對稱，科學布置，在滿足設計規范的前提下，不斷減少剪力墻的數量，從而有效降低工程造價，為建設單位創造更多的經濟效益。

4.7 保證建筑結構設計的安全性

設計人員在優化建筑結構的設計時，還應重視對建筑結構安全性的考慮。在工作中，應確保設計的每一環節在實際施工中都具有可操作性與可行性，確保建筑結構設計能夠通過安全的施工達到預期的效果，避免因建筑結構設計的不切實際而給企業帶來的經濟損失。很多設計人員為了達到純粹美學意義上的建筑，故意將傳力途徑設計得很復雜，結構構件平凡增多，這樣的建筑就如紙上談兵，沒有和實際聯系起來，其后果就是華而不實，出現較高的計算誤差機率，施工無法實現，就算真的能施工完成，但是提升了造價，而且容易出現安全問題。因此不妨設計一些傳力途徑簡單，傳遞構件靈活的建筑。

4.8 加強對結構的細節部件優化

在對建筑結構整體設計優化的時候，還需要注重結構細節部件的優化工作。例如，在進行澆板設計的時候盡可能的將異性板設置稱矩形板，以此才能防止出現裂縫問題，影響局部位置受力。又例如，在對底部抗震處理的時候，通常會使用冷軋帶進行箍筋，以此才能降低箍筋使用的數量和尺寸，從而實現減小工程費用的目的。另外，為了降低柱構件底部的橫截面，使用高強度的混凝土雖然是不錯的方式，然而水平構件混凝土的時盡可能的降低對混凝土的標記，從而符合受力需求，在一定程度上也節約了資源。

5 結束語

綜上所述，在優化建筑結構設計的過程中，對于各因素要充分考慮，且在具體的建筑施工中，協調整合。優化建筑結構設計，不僅可將工程項目的造價成本降低，還可以為社會增加一定的附加經濟值，將資源的整體利用率提高。

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