建筑结构设计优化方法及应用探讨

建筑结构设计优化方法及应用探讨

吴建刚

西安学诚实业有限公司

摘要：在现阶段建筑结构设计工作开展中，为了有效实现对于后续建筑工程项目应用价值的保障，注重在设计环节中凸显结构稳定性极为必要，应该引起设计人员高度重视。因为建筑工程项目中影响结构稳定性的因素较多，不仅仅需要设计人员明确相关标准和规则，往往还需要重点围绕着建筑结构的各个方面进行切实优化，以便更好提升整体结构稳定性，避免因为任何偏差问题产生不利影响。

关键词：建筑结构；优化设计；应用要点

中图分类号：TU318

文献标识码：A

引言

随着我国经济的发展，越来越多的农村人口涌入城市，这直接造成城市中的基础设施、城市规模、人口规模等即将突破历史极限。为了缓解人口和土地之间的矛盾，建筑行业开始大力发展高层建筑。建筑方式从简单的砖瓦结构转变为钢筋混凝土结构，房屋建筑的结构设计也越来越复杂。此外，人们对居住舒适度、采光条件、使用性能的要求也越来越高。这就要求相关设计人员在开展房屋建筑结构设计工作时，必须注重整体和细节之间的关系，从而将房屋建筑的风险系数降低到最低。

1建筑结构设计优化理念

在建筑行业不断的发展探索中，当前社会对于建筑结构各项设计性能需求也有了新的变化，针对这些变化可以提出以下几个理念：①提高安全性能。为了更好的保障人们正常的工作和生活，建筑安全性能的优化是不容忽视的。②提升建筑的功能性。当前建筑的使用功能不仅仅是居住、工作。它可以有更多的设计用途，所以优化建筑使用的多功能性，以满足使用者的各项需求。③优化建筑结构美观，保护生态环境。建筑要能够结合周围的地理环境，在保护环境不造成污染的同时，尽量采用绿色环保的建筑材料，深入贯彻可持续发展的理念。④提高利用价值。建筑最重要的是保证它未来的发展，不能只顾眼前的利益而使用廉价劣质的建筑材料，虽然节约了成本，但是却降低了它的使用价值。

2建筑结构设计优化方法及应用要点

2.1创建结构设计优化模型

建筑结构优化计算方案及优化设计模型在建筑结构优化设计中发挥着十分重要的作用。结构设计优化存在多个变量中，选择最为关键的参数，并以此为基础建立函数模型，得出最佳参数。在建立模型的过程中，首先要合理选择设计变量，这直接关系到模型建立的科学性与合理性，之后再确定目标函数，还要筛选满足函数条件的最优解后确定约束条件，如尺寸、强度、弹塑性和应力等要求。另外，设计人员务必保障约束条件均满足设计要求，进行编制优化设计方案，在计算过程中采取有效措施将约束条件变为非约束条件，促进设计优化工作的有序开展，还要全面考虑变量因素的影响，采取切实可行的计算方式，达到建筑结构优化设计的总体目标。最后，将程序直接导入计算机，后期计算中将数据输入系统，计算机在数据分析和计算后方可得出最终结果，以直观生动的方式展现给设计人员，但该过程需要具有计算机编程技术的专业人员才能实现，设计人员应该加强对设计软件计算原理的理解，灵活运用软件，对计算结果的可靠性进行判断。

2.2结构平面布置优化方案

在整个结构布置方面，要遵循简单的基本原则，同时要体现出规则化特点。剪力墙尽可能布置在建筑四周或者门窗洞口上下对齐的位置处，要沿着两个主轴方向进行双向布置，同时两个方向相互之间的侧向刚度要尽可能相近，且两者之间的刚度之差不要超过20%，尽可能减少短肢剪力墙在其中的布设数量，要与建筑之间建立良好的沟通和交流关系，避免对建筑外立面或者造型产生任何影响。对一般剪力墙进行合理布设，在针对梁或者柱进行布置时，尽可能避免大跨度等情况，尽量少使用型钢梁柱。对设备管井隔墙下的结构小梁进行合理利用。对板顶附加钢筋进行适当更改，这样能够从根本上实现对混凝土以及钢筋整体使用量的有效控制。对于楼板的厚度以及大跨度双向板，通常是直接将跨度的1/40作为衡量依据，同时尽可能满足裂缝以及挠度方面提出的要求。针对地下车库进行布置时，与方案方或者甲方进行沟通之后，结合基础形式，在浅基础的情况下，采用小柱网会经济些。而在梁板结构形式设计以及优化方面，可以根据实际情况不同，对现有结构方案进行对比选择，对覆土厚度、消防车荷载以及人防荷载等相关因素条件展开综合分析。针对各个不同区域，对不同梁板形式进行合理利用，这样不仅能够从根本上实现对结构布置的完善和优化，而且能够从源头处实现对成本的节约。

2.3优化地基设计

地基是保障房屋建筑顺利建成的关键，因此，设计人员必须做好地基数据收集和实地勘察等工作。首先，设计人员必须了解地基的性质。对此，设计人员需要对施工现场的地质条件和地面受力状况等进行实地勘察和数据采集，并在此基础上出具勘察报告，从而准确判断该地区是否适合建造房屋。其次，设计人员需要使用符合建筑要求的勘察设备，并做好相关记录，以便对勘察结果进行审核，从而确保勘察工作万无一失。最后，地基设计必须遵循协调性原则。在地基设计过程中，设计人员必须考虑其他建筑对本建筑的影响以及本建筑是否可以融入周边环境，从而在降低本建筑对周边建筑和环境的影响的同时，避免周围建筑和环境对本建筑的稳定性造成不利影响。

2.4BIM技术及装配式设计引领的节能优化

在后期优化设计中可以引入BIM技术提升设计参数的精准性，优化结构设计中的空间布局。BIM技术最大的优势在于能够实现设计可视化目标，解决一些技术性问题，如组件碰撞、参数设置误差等。在实际应用过程中，可以将目标建设区域的相关参数输入到系统中，能够进行自主计算，还能将其用于工程造价核算和施工进度预测等方面，这样能够有效控制成本提升建模的科学性，与节能可持续发展理念相一致。

2.5优化结构梁、框架设计

房屋建筑结构中的梁和框架是保障房屋稳定性的重要结构，因此，设计人员必须综合考虑结构梁和框架的受力情况，确保结构梁上方的力量集中，再通过相应的加固设计来进一步提高结构梁和框架的承载力。

首先，设计人员必须确保结构梁设计方案科学、合理。考虑到结构梁的承重能力和房屋的整体造型有关，因此在设计过程中，设计人员应充分了解房屋的造型，从而保证结构梁设计的准确性、可靠性。

其次，为确保结构梁的高度和挠度科学、合理，设计人员应结合房屋建筑的使用寿命来确定结构梁的高度和挠度，从而保证结构梁的安全性与稳定性。同时，设计人员还应考虑外部环境对房屋建筑的影响，并增强结构梁抵抗外部环境变化的能力，确保其能够适应一定程度的环境变化。

最后，在对框架进行设计时，设计人员必须合理规划纵向框架和横向框架的平衡关系，同时严格按照标准进行计算，以确保每个框架都能够发挥出应有的作用。对此，设计人员应严格规范自身的行为，并严格把握每一个细节，从而保障房屋建筑的安全性和稳定性。在设计过程中，设计人员应立足全局，将横梁和纵梁作为一个有机整体来进行设计，并在保证空间布局合理的同时，进一步提高房屋建筑的实用性和美观度。

结束语

总之，随着现代建筑对质量要求的提高，结构更趋向于复杂化，功能更加多样化，为了保证质量安全和功能实现，必须在结构设计阶段应用优化技术，完善结构设计方案，对于设计人员而言，还必须不断地提升自身的设计技能，熟练掌握相关软件的应用，从而提升结构设计优化的质量。

参考文献：

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[3]钟晨晖.谈房屋建筑结构设计中常见问题分析[J].居舍,2018(36):98-99.