建筑結構設計中優化技術應用探討

朱海燕

（廣東省環境保護工程研究設計院有限公司，廣州510030）

1 引言

新時期下，建筑行業迅速發展，以可持續發展理念為支撐，以節能降耗為建筑發展的主流方向，建筑企業也開始重視建筑的綠色發展。在現代建筑結構設計中，設計人員需要積極引入優化技術，并對結構設計進行優化，明確建筑工程的設計目標，以可靠的結構設計優化方法來促進設計目標的順利實現[1]。

2 建筑結構設計優化的作用

1）能夠切實保障建筑結構的穩定性和安全性。建筑工程項目在不同的情況下有著不同的功能，而不同的功能對建筑結構形式也有著不同的要求，應該結合建筑本身的功能來對其結構形式進行確定。建筑結構設計優化主要是著眼于建筑的功能，通過相應的計算分析，簡化結構傳力，調整結構的剛度和承載能力，以此來保證結構體系的安全性和可靠性[2]。

2）可以優化建筑的功能性。建筑功能與結構布置存在密切關聯，對建筑結構設計進行優化，能夠有效地提升構件的性能，從而更好地滿足建筑的功能性需求。

3）能夠降低建筑的成本。建筑工程施工建設需要投入大量的資金，通過對結構設計進行優化，能夠充分發揮結構的經濟性優勢。但從目前來看，不少業主為了趕工期，往往會對建筑設計的期限進行嚴格的限制，在時間緊迫的情況下，設計人員很難保證設計的精細化，會導致部分結構設計缺乏合理性和經濟性。為了能夠達到降低成本的目的，在鋼筋及其他相關材料的配置環節，通常會采用相關規范的最低限制，直接影響結構整體的安全性。從結構設計人員的角度出發，必須借助先進的結構分析設計方法，做好建筑結構設計的優化和調整，在保證安全、適用的同時，實現技術先進、經濟合理和施工便捷的目的。建筑結構設計不僅可以節約成本，還可以通過優化設計的方式來實現建筑結構的安全性、穩定性以及經濟性。

3 建筑結構設計優化技術應用

3.1 做好前期結構優化

結構設計必須與建筑整體設計充分協調，在對建筑設計方案進行確定的過程中，結構設計人員需要高度重視概念設計，從實際情況出發，提出對建筑功能的要求和建議，如平面布置、結構布局、立面造型等，將建筑的高度、體量以及復雜程度等控制在相對合理的范圍內，避免盲目追求新穎而忽視建筑結構的安全[3]。例如，在建筑結構設計優化中，需要考慮結構整體的抗震性能，組織專家進行論證，確保在建筑結構設計優化后，建筑的抗震性能可以很好地滿足相關規范要求，保障建筑安全使用。

3.2 重視結構體系優化

1）應該著眼于建筑本身的使用功能和高度，確定最為合理的經濟結構體系。例如，相比異形柱框架體系，普通的框架體系用鋼量較低；相比短肢剪力墻，普通剪力墻的用鋼量較低，在條件允許的情況下，從節約成本的角度出發，應該盡量選擇用鋼量較低的結構。

2）應該采用比較規則的平面和立面方案。在建筑結構設計中，存在平面不規則和豎向不規則的情況，需要設計人員結合建筑功能，對平面的長寬比和立面的高寬比進行控制，盡可能保證建筑質量中心與結構中心重合。在豎向結構設計中，應該避免有較大的外挑或者內收，規避薄弱層以及轉換層等不利因素，這樣才能更好地保證結構水平抗剪承載力以及側向剛度的均勻分布[4]。

3）應該對照建筑工程的實際情況，依照相關經驗來對結構體系進行布置。在確定柱網結構的過程中，必須強調其跨度合理均勻，保證結構受力的合理性。以住宅小開間結構為例，此結構會影響電梯井筒分隔墻以及柱墻本身作用的合理發揮，結構剛度較差，在受到較大的振動時，很容易倒塌。對此，應該采用大開間結構進行分離，在規避上述問題的同時，也可以有效節約成本。

4）應該控制好樓蓋剛度。在建筑結構體系和布局優化設計中，需要確定好最佳的梁板截面尺寸，確保其布設合理，對樓蓋結構的剛度進行合理控制。因為如果屋蓋結構剛度過大，會導致梁板截面增大以及建筑自重增加，在影響建筑正常使用的同時，也會導致建筑成本增加；如果屋蓋結構剛度過小，則梁板容易產生較大的變形，影響結構美觀性，也可能造成填充墻或者裝修材料的損壞。

5）應該對剪力墻進行合理布置。剪力墻是建筑結構中最重要的構件之一，也是剛度最大的結構，有很大的優化空間。設計人員在對剪力墻結構布置的過程中，應該強調其均勻性和對稱性，控制好結構的扭轉變形效應，并且對剪力墻洞口進行規范化處理，防止出現疊合錯洞墻的情況。對照相應的計算結果和建筑規范，在結構設計中，應該盡可能地對剪力墻的數量進行控制，確保各個墻肢的長度基本相等，這樣能夠避免單片墻之間強度懸殊的問題，有助于連梁剛度及延性的提高。同時，在對剪力墻進行設計優化的過程中，如果其能夠落地，可以不設置框支轉換層，采用大開間的平面布置，對照構造、軸壓比等對墻體的厚度進行控制。在建筑結構中，剪力墻可作為整體剛度的提供者，通過墻身數量的調節，能夠對剛度進行確定，而借助結構內部剛度，可以實現對外部荷載的有效傳遞，從建筑結構設計人員的角度看，需要明確荷載和剛度之間的關系[5]。

3.3 做好計算分析優化

結構的計算分析可以采用手工計算，也可以借助計算機程序進行計算。對結構設計方案進行相應的量化和驗證，要求設計人員在選擇計算模型，設置邊界條件時，能夠充分考慮結構的實際受力情況。結構整體計算的部分指標能夠反映建筑結構的合理性。在國家相關規范中，能夠用于結構整體控制的指標包括周期比、剛度比、位移比以及剪重比等。設計人員需要對結構進行反復計算，確保指標數據滿足規范要求，才能保證結構性能的合理性。

3.4 地基基礎設計優化

在建筑地基基礎設計的過程中，需要對照施工現場的巖土勘察資料，對建筑結構的類型、現場施工條件等進行綜合考量，做好多個方案，選擇能夠滿足安全性、適用性、經濟性和環保性等要求的基礎方案。另外，在基礎設計環節，如果條件允許，應該做好上部結構和地基基礎整體的剛度協調設計，將土層所具備的承載力充分發揮出來。

4 結語

建筑結構設計優化能夠在保障建筑結構本身穩定性、耐久性和功能性的基礎上，對結構進行合理布置，將材料性能充分發揮出來，保障建筑的整體質量，并對成本進行控制。在新的發展環境下，建筑結構設計優化是一個必然的趨勢，也是實施建筑精細化設計的途徑，結構設計人員需要不斷提高自身的責任意識，做好精細化設計，提升建筑結構的設計效果。