结构设计优化技术在房建结构中的实践应用

结构设计优化技术在房建结构中的实践应用

丁,乐

中铁一院集团山东建筑设计院，山东 青岛  266114

摘要：建筑结构体系与经济、科学技术的发展均存在紧密的关联。古代建筑结构具有笨重、内部使用空间狭小的特点，自19世纪80年代工业化改革后，建筑结构内部使用空间逐步扩大，以钢材与混凝土材料相结合的不同类型新型结构体系持续涌现，开启了现代工程建筑结构的新历程。但是，在当前建筑结构设计过程中仍然存在性能分析不足、外部框架抗剪力与内部刚度矛盾显著等问题，影响了建筑行业发展。基于此，探讨建筑结构设计优化方法至关重要。

关键词：结构设计；优化技术；房建结构；实践应用

1建筑结构设计优化的重要性

1.1降低建造成本

现代房屋施工建筑中高层建筑、大型建筑的数量逐步增加，建筑业设计师必须考虑到现代人的工作、生活需求，在压低成本的同时做好安全防护设计，减少建筑工程中资金的投入量，间接推动我国房地产业的健康发展，通过对房屋结构设计方案进行优化调整，可缩减10%左右的房屋建造成本。

1.2满足社会发展要求

随着我国的经济水平不断提升，越来越多人开始注重精神需求，而为满足人们对于建筑结构高层次的需求以及社会发展需求，建筑行业也纷纷探索转型升级之路，以寻求行业可持续、健康的发展。将建筑结构优化设计理念融入房屋结构设计，不仅能够进一步提升建筑工程质量，而且能够在确保建筑工程“安全使用”这一条件下，满足人们对空间划分和使用的需求，符合我国社会综合发展需求。

1.3推进建筑行业转型升级

社会经济的进一步发展使得市场竞争越来越激烈，建筑行业要想在市场竞争中立于不败之地，就必须不断优化建筑结构设计方法，以此来提升自身设计质量和建设质量，这在一定程度也促使建筑行业在实际的房屋结构设计的各个环节实现转型升级，最终完成工程结构设计转换，提升自身市场竞争力。而在转型升级过程中，要求建筑行业不仅要做好前期的勘测、调研工作，还要充分考虑建筑结构外观的美观度、内在安全性以及客户的需求等等方面。可以说，建筑结构优化方法是一个融合了时代潮流、设计理念、施工技术等方面的综合性工程，而这恰恰又能作用于建筑行业，提升其整体发展实力。

1.4满足不同审美需求

在具体的建筑结构设计中，业主审美需求是建筑结构设计优化方法的着重点，脱离了业主审美的意识和需求，再科学、精致的设计方案也无法达到它的经济和社会效益。因此，在实际的房屋结构设计中，为保证业主和建筑行业的经济、社会效益，必须立足人们个性化的审美需求，并将业主所关注的审美潮流作为重点设计思路，方能够达到建筑结构设计的最优化。

2结构设计优化技术在房建结构中的实践应用

2.1优化结构设计方案

优化结构设计方案的工作可以从三个方面开展，优化结构的整体布局、优化结构构件的布置、优化结构材料的选用。建筑形体需求和功能布置给结构整体布局设定了从宏观层面的要求，但这并不能限制结构整体布局的多样性，针对相同的建筑方案可以有对应的不同的结构方案。然而，要想发挥出结构整体布局的灵活性，就需要首先从点到线再到面的各个角度深层次理解建筑方案的内在逻辑，然后可以有的放矢地选取适合的结构承重体系、抗侧力体系，有侧重点地设置结构的特殊承载部位，如加强层和过渡层，以便于最终实现整个结构和局部构件在承载过程中的协调统一。结构的构件布置主要指梁、柱、墙、基础等主要承载构件的布置。现有结构设计规范体系已经给出了相对全面的构件布置原则，设计人员应该深入理解规范体系，贯彻落实规范中的重要条文，在此基础上，根据工程项目的实际情况和结构设计的概念，借助设计计算参数的反馈结果，不断优化构件布置，从构件的空间位置到构件间的刚、铰接连接关系，从构件的三维尺寸到构件的变形能力设定，最终实现结构的传力路径可靠、简洁。结构的材料性质关乎到构件的强度、刚度和稳定性，材料的选取应该主要根据构件的受力性质来决定。对常规受力水平的构件，采用对应标号的混凝土或者对应强度的钢材。随着单体建筑结构体量的不断增加和建筑耐候要求的不断提高，对构件的承载能力、抵抗变形的能力和抵抗外界侵蚀的能力也提出了更高的要求，随之出现的是高强混凝土、超高性能混凝土、超高强度钢材等一系列力学性能和物理性能优异的结构材料。这就要求在结构设计中充分考虑构件的力学性能需求，在相应的位置选用适合的材料，让各种材料都能发挥出其最大效用，这样也就达到的材料的高利用率。

2.2提高结构设计手段

计算机运算能力的大幅度提升和计算机辅助设计软件功能的不断强大给现在的结构设计提供了强有力的支撑，结构设计中应该善于运用这些数字化技术，提升结构优化设计的质量和效率。尤其随着建筑结构规模的不断增长和结构形体难度的不断增加，这些计算机辅助设计程序的应用是未来结构设计发展的趋势。现阶段，可供选择的结构计算软件和平台已经有很多，不同软件和平台的分析能力不同，分析的侧重点不同，耗费的计算资源不同，各自也有相应的不足。所以，在做选择时，应首先清楚本项目结构优化分析计算的边界条件和目标，然后有针对性地选择计算软件和平台。需要注意的是，一个模型常常无法完成所有的分析，有时一个软件也无法保证计算结果的可靠性，所以，正确的做法是不局限于某个模型或者某个软件，而是综合利用包括手算在内的不同计算手段来达成最终结构优化设计目的。

2.3提高设计的标准化程度

现阶段，建筑工程设计领域中的大部分工作内容已趋于成熟，在分类总结归纳不同自然条件、不同功能需求、不同定位水平等因素的基础上，推行标准化可以有效地提高设计效率，减少设计错误率，保证结构设计的最基本的合理化水平，对设计单位的成本控制和工程项目的造价控制都大有裨益。更重要的是，推行标准设计，有利于集中力量进行有针对性的结构优化设计工作，并能够保证成果的留存和后续应用。此外，当进行标准化之外的结构设计工作时，仍然可以参考标准化的成果，意味着在一个较高的起点上开展工作，有利于结构优化设计水平的进一步提高。由于标准化可达到的程度与标准化成果的应用范围息息相关，当对某项标准化成果的应用范围要求较高时，此项标准化设计内容的难度就会很大，标准化程度就会被迫降低。所以，当将标准化的应用范围适当细分到结构的局部位置或使用的局部地区时，结构标准化设计的内容就可以扩展到很普遍的范围。结构标准化设计中，应该明确设计成果使用的边界条件，如外部环境条件、荷载情况、材料性能指标等，这是标准化成果得以正确使用的基础。另一方面，标准化成果在使用过程中遇到无法完全符合边界条件的情况时，应该针对具体情况对方案进行优化调整，并保存优化方案过程的技术资料，为相关标准化成果的后续改良和发展提供依据。在如此循序渐进的过程中，结构标准化设计的方法和程序会逐步完善，结构标准化设计的水平也会不断提高。

3结束语

总之，随着社会经济的不断发展，高层建筑的需求逐年增加，人们对于建筑结构的安全稳定性也越来越重视，因此，要提高设计人员的专业技术水平，应用信息化设计技术，不断对房屋建筑的结构设计进行优化，使建筑物的安全性、实用性和美观性不断提高，为房屋建筑事业不断向前发展做出贡献。

参考文献：

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[3]韦纬娇.建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的应用探讨[J].中国住宅设施，2020（3）：43，63.