淺談結構設計中建筑結構的優化設計

楊為

摘要：現代社會不斷發展大環境下，土地資源利用和規劃制度不斷完善，加上土地資源緊缺導致價格上漲，給建筑工程項目開發設計施工帶來了多方面挑戰。同時人們對建筑多方面設計要求越來越高，建筑產品質量、美觀度以及舒適度等成為備受關注的要點。房屋結構設計需要保證建筑房屋安全性、實用性、美觀性和經濟性，還需要滿足現代節能生態要求，建筑結構設計因此成為急需提升技術水平的重要工作。本文重點分析建筑結構優化方法技巧和要點，對其在房屋結構設計中的應用提出相關合理化建議，以供建筑設計工作者參考。

關鍵詞：建筑結構設計;優化方法;房屋結構設計;應用

一、建筑結構設計優化的意義

（一）有利于工程造價控制。建筑工程結構設計優化中重點優化目標就是方案落實成本，也就是說可以通過對建筑結構方案進行具體分析，對不合理地方進行優化，有利于獲得材料損耗更低、人工成本更合理的設計方案。尤其在建筑施工過程中，因為有科學設計方案作為指導，現場施工設備搭配、工藝流程結合將更科學。這都將便于全工程工程造價控制管理，可靠數據表明，我國相關行業中，進行了設計優化的工程總造價可以減少10%左右。

（二）有利于提升建筑綜合性能。建筑結構設計優化過程會對建筑設計方案進行多元素分析，包括建筑施工難度、工藝先進性、后續建筑功能系統配置等都與設計方案息息相關。結合這些方面考慮，建筑結構會充分保證基礎安全和質量，同時有利于建筑多種功能發揮。例如，當今建筑行業中至關重要的節能性指標當中，保溫外墻、水循環系統、自然采光通風系統等，都需要通過建筑結構設計優化團隊結合實際情況進行優化。這個過程能夠彌補原有設計方案存在的缺陷和不足之處，全面提升建筑經濟性、實用性和安全性。

二、建筑結構設計優化方法概述

一個建筑項目若想同時兼顧功能、質量和美觀度，則需要將外觀設計和結構設計有機結合起來，其中結構設計是建筑項目施工建設的基礎，因此尤為重要。建筑結構設計優化主要內容包括建筑基礎設計、頂蓋系統、外墻系統等，設計優化過程中，要從建筑項目實際情況出發，以滿足建筑功能需求為基礎，縮小建筑質量中心與剛度差距，確保建筑結構承載方向均衡性。總體來說，建筑結構設計優化方法朱亞歐有以下幾種：

（一）模型建設。模型建設主要從影響建筑設計方案水平的相關因素入手，對相關變量分析提取，利用計算機系統建立函數模型，再結合成熟數據模型系統，規劃更優設計方案。建筑結構優化設計的模型建設需要以主要影響因素作為設計變量，次要影響因素作為預定參數，以此減小設計優化程序復雜程度。同時，需要將預定參數中建筑切面尺寸相關函數數據進行標識，以便支持造價單位做好總費用成本把控。

（二）計算方案優化。建筑結構優化設計主要是提升建筑建設方案可靠性，其中涉及到的變量和影響因素較多，且相關數據繁多且復雜。那么優化過程有必要將限制性問題轉化為無限定性問題，進而采用Powell算法或拉氏乘子法等計算方法進行優化計算。

二、建筑結構設計優化方法在房屋結構設計中的應用分析

建筑結構優化設計在房屋結構設計中應用，是現代高水平建筑設計行業提出的新要求，其不僅能讓房屋結構和整體品質達到更優狀態，同時還能優化成本體系，提升造價管理水平，進而展現更優經濟效益及社會效益。下面從建筑結構設計優化在房屋結構設計中的前期設計、抗震設計和設計改造等方面入手分析：

（一）房屋前期設計階段。建筑項目前期設計關乎房屋整體投入和成本，目前在很多房屋建筑項目當中，前期設計過程中沒有很好利用優化方法，使得結構設計缺乏科學性和實用性。甚至部分項目中，開始施工之后才發現不合理之處，導致施工進度被耽擱，造成相關經濟損失。因此需要利用建筑設計優化方法，對前期結構設計方案進行審核優化，確保項目籌備階段整體設計充分考慮到各方面因素，為項目后續造價管理、施工執行、建成應用打下堅實基礎。

（二）抗震設計。房屋抗震設計主要需要考慮自然地震和內部建筑設備震動影響，各個地區房屋結構設計都需要充分考慮當地地質條件，且要達到當地最低抗震標準。同時，現代房屋功能性需求越來越豐富，各類設備產生的震動也容易影響建筑整體穩定性和居民舒適度。而抗震設計無數據參考情況下，實際計算結果往往與設計方案有一定差異，因此有必要利用結構優化設計中的概念設計方法。具體做法是充分調取和參考以往數據，結合結構優化設計方法，得出最佳設計數據和方案。在設計優化過程中，重視結構細節性設計，采用有利于提升抗震性能的細節設計技巧。例如，如果房屋結構中異形板在轉角等位置容易發生形變破裂情況，則需要優化鋼筋選用方案，在保證成本合理前提下，選用極限拉力較強的鋼筋材料。

（三）房屋地基設計。地基作為整個房屋的基礎，其在房屋結構設計中占據重要地位，因此建筑結構設計優化工作需要在這方面引起重視。隨著現代建筑建造技術發展，建筑地基結構和類型都有所不同，其主要影響因素包括建筑規模和具體功能需求。房屋地基設計優化需要從實際情況出發，尤其要制定科學地質情況勘探方案，結合科學方法得出房屋地基所處地質條件準確信息數據。再結合相關數據，以優化造價管理水平為宗旨進行優化設計。例如，若地基結構方案采用地樁結構，那么需要科學測算其受力情況，考察不同地樁材料和形狀，尋求最優設計和材料應用方案，上部結構和地基材料、地基結構設計充分結合，保證了房屋基礎穩定和可靠。

（四）重視節能指標。現代建筑建造尤其重視其相關經濟效益，特別是建筑節能性與建筑結構設計水平息息相關。因此，在房屋結構設計優化過程中，需要重點考慮結構和選用材料工藝符合節能性要求。例如，當前常見房屋結構設計類型主要包括框架結構、剪力墻結構以及二者結合結構，其中框架結構柱截面較大，容易影響建筑內部空間使用體驗，剪力墻結構則具備較好抗震性能，且對材料類型和施工工藝要求較低;而剪力墻和框架結構設計方案結合的工藝則同時具備較好抗震性能和抗側力效果。顯然，三種方案都各有優缺點，因此設計優化工作重點就是根據實際情況和后期需求，靈活合理利用這些設計方案，保證房屋品質和經濟效益。

四、結束語

總而言之，人們對所居住和工作的建筑房屋要求也在逐步提升，除了關注建筑質量、安全、功能性以外，人們也越來越關心建筑結構合理性、整體經濟性以及審美設計水平。為了滿足這一時代要求，建筑設計師有必要充分結合建筑結構和外觀設計，為建筑質量、施工難度、視覺效果、生態節能等要素提供支持。只有這樣，才能全面保障建筑綜合品質，并推動建筑設計和建造行業水平不斷提升。

（作者單位：中信建筑設計研究總院有限公司）