建筑結構優化設計在建筑結構設計中的應用

劉蓓蓓 侯紅偉

摘要：隨著我國社會經濟水平的飛速發展，人們的生活水平不斷提高，生活質量越來越好。在這樣的大環境下，我們對于建筑的要求也在隨之提升。因此，建筑結構設計的優化應運而生。為了能夠滿足人們的需求，施工單位需要對建筑建構設計進行合理的優化和完善，科學的分配資源，保證施工的質量和效率。在本文中，筆者將針對建筑結構優化設計在建筑結構設計中的應用進行簡單的探討。

關鍵詞：建筑結構設計;優化設計;應用

1、優化設計方法及作用

一般來說，建筑結構中的優化設計主要分為兩個方面，分別是結構總設計和局部結構設計。總設計的優化包括建筑基礎結構方案設計的優化、頂部系統方案設計的優化、外圍護欄結構方案的優化以及細部設計的優化。無論是哪個部分的優化，在進行設計的時候都需要充分的從整體考慮，選型、布置、受力、造價都是我們所需要著重考慮的因素，這些因素會直接關系整體建筑結構的優化效果。實際上，建筑結構優化設計并沒有固定的方法，在面對不同的優化對象時，施工單位應當結合實際情況，選擇與之相符的優化設計方法，讓優化設計的效果達到最佳。

對建筑結構進行優化設計，作用涉及到了多個層面。隨著人民生活水平的提高，大家對于生活環境以及工作環境的要求也越來越高，因此，建筑結構優化設計能夠為人們帶來更加舒適的生活和工作環境，這是其一。對建筑進行結構優化設計，能夠有效的提高建筑結構整體的穩定性和可靠性，這樣一來建筑結構的功能就能夠更加強大，使用壽命能夠更長，這是其二。與傳統的建筑結構相比，經過優化設計的建筑結構在建設過程當中會采用更新的技術，實現建筑材料利用率最大化，在增強其功能的同時，還能夠有效地節約成本，提高建筑企業的經濟效益，這是其三。

2、建筑結構設計優化的組成部分

（1）計算方案

在建筑結構的優化設計過程當中，存在許多復雜多樣的問題，比如說多變量、多約束的非線性優化問題等等。這些問題的存在都會影響建筑結構優化設計的效果。所以說，在施工過程當中，我們通常需要將有約束性的優化問題轉化成沒有約束性的問題來進行解決，盡可能的避免優化設計中存在的問題為我們帶來不利影響。總的來說，優化設計過程當中的計算方案必須要是最優秀的，要提前對各種問題進行計算解決，保證優化設計過程的流暢性。

（2）設計變量

簡單來說，設計變量是建筑結構優化模型中的一種組成部分，通常指的是對設計要求起主要影響作用的參數。一般而言，我們會將那些對于設計要求影響較小的，或者變化范圍不大的能夠滿足設計要求的參數作為預定參數。確定了預定參數之后，能夠有效地減少后續設計和計算的工作量，進而提高優化設計的工作效率。

（3）目標函數

為了能夠使優化設計的總費用降到最低，施工單位應注重確定恰當的目標函數。在確定目標函數時，需要選擇符合約定條件的一組截面幾何尺寸，還要確定建筑鋼筋截面幾何失效概率。將這些目標函數確定之后，就能夠有效地減少費用的使用，進而達到提高建筑企業經濟效益的目的。

（4）約束條件

約束條件可以分為兩種類型，分別是實際中的約束條件和目標約束條件。在對建筑結構進行優化設計的時候，為了能夠讓結構優化設計應用在實際的建筑工程當中，我們應當將實際約束條件和目標約束條件進行綜合的比較，保證這兩類約束條件都能夠符合行業規范的要求。在確定約束條件范圍的時候，要從正常使用狀態下的彈性約束力到最終狀態下的彈塑性約束力，或者從可靠指標約束里到確定性約束力等范圍來進行全面的考慮。

（5）結果分析

建筑設計所涉及到的投資方面比較復雜，為了能夠在保證建筑質量的同時將利益最大化，我們必須要從整體進行考慮，不能夠為了節約資金而忽略設計優化的作用。所以說，在設計優化的過程當中，應當對計算方案的結果進行全面系統的分析，然后以分析得來的數據為依據來確定最優設計結果。總而言之，設計的過程當中不能夠片面地強調節約，也不能過分的這樣資金投入到技術方面，要根據實際情況讓項目在達到功能傾向的同時，盡可能的降低費用，避免浪費。

3、建筑結構優化設計在建筑結構設計中的應用

（22ec20ebeec9caea79f8439ea530711a1）建筑結構工程師的積極參與

眾所周知，對一個實際的建筑結構施工進行優化設計，不僅能夠降低不必要的浪費，節約建筑成本，還能夠有效地提高建筑的適用性，加強建筑的功能性。所以，我們必須要按照結構設計優化的方法和模型結構優化設計去進行實踐，提前確定能夠影響建設總體的投資計劃。在實際的建筑過程當中，經常會出現這樣的一種漏洞，早期的程序設計者并沒有參與到建筑結構設計優化的過程之中。也就是說，當確定建筑方案以及各種計劃之后，程序設計者們才開始開展結構優化設計工作。這種漏洞會對建筑設計的結果有較大的影響。

（2）對實際建筑結構問題的處理

建筑結構設計優化設計是一個復雜的過程，在這個過程當中可能會存在各種各樣的問題，影響結構設計優化設計的效果和進度。如果說結構優化設計的手法不得當，那么不僅無法達到應有的優化效果，反而還會對原有的建筑結構進行一定的破壞，甚至影響整個結構的穩定性和安全性。在建筑結構設計優化設計過程當中遇到一些問題是難免存在的，我們需要對這些問題進行及時的解決。對于在這個過程中所存在的安全隱患，應當予以高度的重視，并根據實際情況制定出有效的預防措施，盡可能的減少安全隱患對建筑物的影響和破壞。總的來說，在優化設計過程當中要對結構設計進行充分的考慮，尤其是要注重其安全性和抗震性能，盡可能的保證在降低工程造價的同時提高經濟收益，保障建筑結構整體的安全性。

（3）各單位之間積極配合

建筑結構優化設計是指在滿足各種規范和特定要求的條件下，使得建筑結構的某種指標達到最佳的設計方法。因此，這項工作復雜程度較高，在設計的過程當中會涉及到多個單位，各單位之間只有積極地協調與合作，才能夠促進優化設計的進行和發展。具體來說，建筑結構優化設計會涉及到建設單位、機電安裝等施工單位以及管理單位。這些單位之間應當相互配合，大家共同商討出理想的方案和對應的措施，并在實際的工作當中盡力協調，積極的接受安排，各自負責，有效交流和溝通。只有這樣，才能夠確保這項工作的順利開展，確保結構優化能夠達到最佳效果。

（4）結合實際情況合理優化概念設計

在建筑結構優化設計的過程當中，必然會涉及到概念設計。概念設計的應用特點具有不確定性，基于概念設計的方式的必要性，設計人員在進行結構優化時要注意靈活變通，也就是說要根據實際情況來合理優化概念設計。我們需要達到的優化設計效果是既要考慮美觀，又要考慮實際價值和安全性能。所以要將概念設計與實際情況進行有機的融合。

總的來說，目前建筑市場對于結構優化設計的要求就是在達到美觀的同時，提高建筑的可靠性和安全性，保證建筑的性能。為了能夠達到這樣的要求，我們必須要靈活的運用結構設計優化技術，根據實際情況來確定合理的優化設計手段，以便于在安全的基礎之上開展局部調整，降低工程造價，提高建筑質量，促進企業健康發展。

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