淺談建筑結構的優化設計

摘 要：社會的進步和科技的發展推動了我國建筑行業的前進，現代社會對建筑行業提出了更高的要求，結構設計作為建筑設計的核心內容必須要適應現代建筑的發展要求。建設工程項目具有工期長、投資大的特點，而建筑結構設計是決定能否實現建筑主體功能和建設投資效益的關鍵，因此，必須要對建筑結構設計進行優化，以追求少投資、高質量、短工期、高效益等目標。本文就建筑結構優化設計及相關問題進行了探討，希望可以促進建筑結構優化設計和建筑行業更快、更好的發展。

關鍵詞：建筑結構；優化設計；必要性；原則；方案

引言

現代人類社會對建筑行業發展的要求越來越高，我們在不斷追求更加高質、舒適的工作及居住環境。現代建筑結構設計不僅要考慮工程成本及維護使用的節能性，還要最大程度的滿足人類使用過程中對建筑結構本身的功能要求，因此，為了適應建筑結構優化設計提出的新要求，我們必須要重視和加快建筑結構優化設計的發展，不斷完善結構優化的方法和措施，通過選擇合理的結構設計方案對建筑結構設計實行全方位的優化設計，從而實現最高效的資源利用和最優的資源配置。我們首先分析建筑結構優化設計的理論及必要性，進而闡述了結構優化設計的要求及原則，最后針對結構設計提出了相應的優化措施和策略。

一、建筑結構優化設計的相關理論及必要性

建筑結構優化已不再是傳統意義上的結構優化，它涵蓋了建筑行業的方方面面，我們必須通過制定科學合理的優化設計原則來規范優化過程。建筑結構優化設計主要體現在決策階段、設計階段、實施階段三方面。決策階段主要任務是確定優化設計的總目標以及主體功能，降低項目風險并節約成本；設計階段要確定子項和整體結構優化方案及布局；實施階段要組織并落實好沒個子系統的優化工作，從而實現整體結構優化設計。為了達到優化設計目標，設計人員必須在確保結構穩定、安全的前提下，對建筑結構進行全面系統的分析，進而采取合理的方法，有效的控制資源及資金的投入。但在實際的優化設計方案實施過程中存在諸多的制約因素，因此，我們必須提高設計人員在工程建設過程中的優化設計能力，充分考慮工程項目的技術經濟效益，采用合理的優化設計方案，來實現項目的綜合目標。

二、建筑結構優化設計的要求及原則

1.建筑結構優化設計的要求

現代建筑行業及建筑水平相較與以前有了很大提升，建筑結構設計及優化方面也取得了許多進步，現代建筑結構優化設計還應該主要考慮結構優化設計的經濟性、安全性、功能性、舒適性等方面的要求。首先，安全性是結構設計的最基本要求，結構設計師及相關設計人員必須確保建筑工程主體結構的穩定及安全性，建筑結構的安全性不僅關系到項目整體經濟效益，更關乎到人民生命財產安全及切身利益，是實現社會和諧和國家長治久安的重要保障；其次，隨著人們生活水平的提高，人們對工作、居住環境要求也不斷提高，現代建筑設計也越來越注重人性化及多功能化的應用，因此，在進行建筑結構優化設計時也要考慮到建筑舒適性及建筑主體功能方面的要求；最后，在確保了建筑結構設計的安全性及舒適性的情況下，采用最優的方案來控制項目的成本和投資，提高企業的經濟效益和整體競爭力。

2.建筑結構優化設計的原則

建筑結構設計優化的原則主要從建筑舒適度和結構優化安全系數來考慮。一方面，結構設計遵循提高建筑舒適度原則，對建筑物本身進行結構、裝修、給排水、暖通、燃氣、電氣等各方面的優化設計組合，實現各建筑部位的優化設計，從而保證建筑整體的最優設計。此外，建筑結構設計還要考慮到建筑平面、立面以及整體建筑功能等方面的要求，全面考慮到人的主管感受，采用舒適合理的平面布置、高度比例以及外形設計，使建筑物整體舒適度大幅度提升；另一方面，根據實際建筑構件使用情況和建筑部位整體要求，針對不同建筑部位及構件采用不同安全系數的結構優化設計原則，從而在保證建筑結構安全穩定和建筑構件高質耐久的前提下，盡可能的節約建筑投入成本，實現建筑結構的經濟效益和社會效益。

三、建筑結構優化設計的方案

1.耐久性的優化設計

傳統混泥土結構設計方案雖然也考慮到了建筑結構設計的耐久性要求，但從實際的工程建設和投入使用情況來看，這些結構設計方案很少能夠滿足結構設計的功能及使用要求。因為，建筑物在實際使用過程中會遭受比設計方案更多的環境變化和外界荷載，從而會大幅度的損害建筑物及相關建筑構件，大大降低建筑使用耐久性，可建筑物本身帶來安全隱患，因此，在進行建筑結構設計時，我們要充分考慮到外界因素對于建筑物實際使用的影響。隨著現代社會的進步和人類對建筑要求的提高，我們應該通過科學嚴謹的預應力實驗和數據計算分析來綜合考慮結構設計的耐久性要求，不能只單純的為了降低工程造價而忽略現代建筑的耐久性要求。此外，為了追求企業的長遠利益和社會效益，我們有時也要犧牲經濟性而追求建筑質量，建造更加舒適、安全的建筑物來滿足人們的居住及使用需求，為企業樹立良好口碑，從而提高企業競爭力并實現企業長遠發展。

2.合理選用高強度的鋼筋混凝土

鋼筋混凝土作為建筑物及建筑構建的核心施工材料，其強度和用量直接影響和決定著建筑物整體的質量和結構耐久性。高層建筑總造價由框架結構材料、施工材料、基礎物料費用等組成，而鋼架材料仍然是目前高層建筑框架結構使用最多的材料，鋼架的強度和質量決定了構件的抗拉剪能力，而高強度的混凝土可以彌補鋼筋材料強度的不足，提高建筑整體的穩定性，因此，可以通過使用高強度的混凝土來降低鋼筋材料的要求和費用，使鋼筋和混凝土相互配合使用，從而降低工程造價來節約建設成本，實現良好的經濟效益。但是，對于地震設防區，我們首要考慮的是居民的人生財產安全而不是建設工程經濟效益，因此，為了減輕地震力對建筑物體的影響和建筑自身的荷載，我們可以在結構設計中選用高強度的鋼筋以及高強度的混凝土，來大大加強建筑結構承受荷載和抵抗變形的能力，提高建筑物的安全性和穩定性。

3.加強剪力墻及建筑細部的優化設計

剪力墻是高層建筑承受外來荷載和抵抗結構變形的主要構件，在剪力墻設計中只有增加構件的配筋量來提高其承受荷載和抵抗變形的能力，但是，這樣會大大增加建設工程的成本，不符合建筑企業最大化經濟效益，不利于建筑企業的長遠發展。所以，在高層建筑結構設計中，有經驗的結構工程師并不會通過采用大剛度的鋼筋、增加配筋量來優化剪力墻設計，而是會通過將剪力墻中的連梁設計成截面和剛度較小的弱連梁，通過綜合考慮工程技術經濟等方面來合理布置抗側力構件。另外，要注重建筑結構的細部優化及設計，加強局部結構構件的精細化設計，考慮結構的抗震及耐久性要求，采用科學合理的結構布局和高強度的鋼筋混凝土，運用先進科學的結構優化設計理論和方法，采用動態的結構優化設計模型，提高結構優化設計的優化質量和優化效率。

四、結語

建筑結構優化設計關于建筑行業的發展和社會的進步，現代社會及建筑業對建筑結構優化設計提出了新要求。我們對建筑結構設計有一個科學、合理的認識，抓住建筑結構優化過程的關鍵環節，結構工程師必須要與時俱進，通過運用先進的科學技術和優化理論來不斷提高自身的素質，不斷的改革和創新結構優化設計的方法和策略，以促進我國建筑業的發展。

參考文獻

[1]李彬.高層建筑剪力墻結構中剪力墻布置優化研究[D].江西理工大學，2018.

[2]彭康林.房屋建筑結構設計中的應用優化技術[J].低碳世界，2018（05）：152-153.

作者簡介

龔正軒（1997-）、男、漢族、籍貫湖北潛江人、在校本科生、職稱大學生、學歷重慶大學本科、主要研究方向為土木建筑工程

（作者單位：重慶大學）