建筑结构优化技术分析

建筑结构优化技术分析

万迎春

深圳市建筑设计研究总院有限公司

摘要：建筑结构关系到建筑物的安全性及功能性。随着建筑科学技术水平的不断提升，结构造型及各功能需求不断增加的情况下，科学合理的结构设计显得非常重要。通过结构优化设计也可以节省企业施工的成本，更好地促进建筑行业良性发展。

关键词：房屋建筑；优化；结构设计

前言

建筑结构优化是在保证建筑质量的前提下进行的，同进建筑结构设计也会受到各种因素的影响，不仅受到技术的影响还受到客观环境的影响。本文根据多年工作实践，对建筑结构优化进行简要分析，从而使得房屋建筑结构设计中优化技术提高，增强房屋建筑的安全性和实用性，完善房屋的美观程度。

一、房屋建筑结构设计优化概述

国内结构优化一般包括结果优化和过程优化两种方式。

（1）结果优化：在施工图设计完成后正式施工之前进行的设计优化，通过对原设计图纸进行结构布置优化和施工图精细化设计的优化方式。

（2）过程优化：在设计过程中提前沟通、同步进行的优化方式，通过对设计产品进行过程控制，实现最优化的设计目标，包括方案设计、扩初设计、施工图设计三个阶段，也就是通常所说的“顾问咨询”。

国内大多采用第2种（过程优化）形式，结构设计的优化贯穿设计全过程。方案阶段，结构设计优化主要是结构选型和结构体系的优化；初步设计阶段，结构设计优化的主要工作是结构布置的优化和计算分析时参数选取的合理性判断；施工图设计阶段，结构设计优化主要是构件设计的精细化。通过设计全过程的控制，达到控制设计安全性和经济性的目的。

二、优化技术在房屋设计中的具体应用

在设计中要有优化设计的思想，对参数变量进行选择。在进行房屋建筑结构设计时，设计人员要获取相关的参数，保证设计的科学性以及合理性，再对房屋的参数进行分析，看是否对工程产生影响，在进行参数选择时要选择参数变动相对较小的进行设计研究，确定建筑的目标点建立合理的计算模型，并且对模型进行分析，进行合理有效的控制成本，使得施工的耐久性和稳定性得到保障，在进行设计当中要考虑综合的因素，对建筑的要求准确的把握。

在设计模型已经优化后，设计师可以在概念、经验和估算的基础上借助计算机进行可靠的分析计算，经过多次计算比较和调整，使结构设计更加合理和经济。在利用计算机结构设计程序进行结构计算时，要注意以下问题：对于输入的几何图形，构件尺寸、荷载数据等应认真核对、力求准确无误，对计算参数的选取要正确合理，注意实际结构与计算模型的差异。最后可以利用程序的工程量统计功能进行不同结构形式的对比，以找出最优方案。

在设计的过程当中也要有人工的设计理念，使得人工设计和计算机设计有效的进行结合，这样能够使得优化技术充分的发挥优势，对原材料进行合理的选择，注重材料的质量提高建筑的安全性能，在这样的基础上加强对房屋建筑的优化设计，设计的过程当中要考虑多种因素，对外部的影响也要考虑到设计当中，外部的因素有很多，比如风雪的影响，对房屋造成影响最大的就是地震造成的影响，所以在设计当中也要分析房屋的抗震性能，使得房屋结构具有稳定性，设计当中可以加强建筑物的承载能力，使得建筑物的抗震性能提高。

工程建设设计过程中建筑师往往为了考虑建筑的立面造型和内部空间，反而造成建筑的结构产生许多不合理之处，和不必要的浪费，这时就需要结构工程师根据对影响建筑造价宏观因素控制的要求主动与建筑师沟通，协调。在方案设计阶段，结构设计应对结构平面形状、长度、柱网尺寸、竖向高宽比及重要部位的抗侧力构件位置与建筑师进行沟通，为结构总体安全性、经济性把控奠定基础。还应注意对基础结构的优化，基础结构在整个工程工期的1/4左右，并且基础造价也占到总造价的10%-20%，基础工程结构的重要性显而易见。而且基础结构工程的造价还与地质条件是密切相关的，方案设计时应根据地质勘探报告选择合理的基础形式、控制好基础的截面尺寸和埋深，并及时与地勘单位沟通，对当地地质情况了解清楚，这样能相对减少基础结构在总工程造价中的费用；在施工图阶段，结构设计优化人员应注意构件布置的细化及相应构造配筋的控制，减少不必要的浪费。

三、建筑结构设计优化技术的作用和注意事项

（一）设计优化的主要作用

房屋建筑优化对工程造价有一定的影响，在一定程度上可以减少工程造价，在设计的过程当中首先关注的是房屋建筑的质量，再逐渐的降低工程造价，在试验中表明，对工程房屋建筑进行优化工程的造价，明显低于没有进行工程优化的房屋建筑造价，也对工程的性能很好的保证，同时也保证工程的安全性能，设计师在工程图基础之上进行二次优化，使用先进的技术优化房屋建设的参数，使得房屋建筑安全性能更高。结构设计优化的主要作用应该是：

1、对于房地产开发商：节省造价，加快施工进度，提升建筑品质；

2、对于施工单位：方便施工，节约人工成本，增加企业利润；

3、对于设计单位：在交流中免费学习新技术，提升自身水平；

4、对于国家：节约能源，绿色环保；

（二）优化设计的注意事项

在工程前期要做好准备工作，房屋的设计是工程前期阶段的关键，也会影响房屋的质量以及施工成本各种情况，在优化设计工作的同时要加强对前期工作的重视，使得优化设计积极的融入到设计当中，并得出相关的优化设计方案，在初期确定房屋的优化思想策略。重视对房屋内部结构的优化设计，在房屋的建设当中不仅要统筹总体的设计对总体进行优化，还要兼顾内部的优化，这样更能体现设计优化的全面性。

（三）重视与现代技术结合

当今科技发展迅速，信息化高速的发展，要在房屋建筑结构设计中的优化技术和计算机技术结合共同的为建筑服务，也是未来建筑必然发展趋势，在应用计算机的技术上主要的应用就是3D建模，通过计算机技术进行建造模型，使得设计人员更好的对模型进行操作，同样技术人员也能够通过计算机技术了解相关的参数，更好的控制整个工程整体安全性。

四、建筑结构设计优化的经济性

建筑结构优化设计的经济性是市场经济条件下对资源配置提出的新要求。经济性是指通过建筑结构的优化设计，最大化的节约各种材料资源，达到减少建设成本的目标。另外，各种材料资源都存在一定的稀缺特性，建筑结构的优化设计能科学合理的减少材料的使用量，节省建设材料使用成本。

建筑的层高增加，由于墙体面积和柱体积增加，结构的自重会增加，基础和柱的承载力相应增加，水卫和电气的管线会加长；相反降低层高，可节省材料，有利于抗震，同时建筑的总高度减小，两建筑之间的日照距离就会减小，间接的节约了用地。建筑面积相同，建筑使用不同的平面形状时，它的外墙周长也就会不同，这样当选择圆形或是越接近于方形时，外墙周长系数就越小，基础、外墙砌体、内外表面装修都随之减少，同时其受力性能也得到提高，增强了建筑的经济性能6%-34%。优化方法的技术性实现，可以最合理的利用材料性能，使建筑结构内部各单元得到最好的协调，不仅可以实现建筑美观、实用，而且在造价方面也有较大的节省，通过使用优化设计手段，达到各个方面的最佳结合，符合现今建筑商对于建筑结构的效益的需求，也符合市场可持续发展的需求。

五、结束语

综上所述，通过结构优化设计来降低工程造价是控制工程投资成本的一个有效途径，而正确处理技术与经济的对立统一是控制投资的关键。对建筑工程进行优化设计一直是结构设计师们共同的目标，建筑结构的优化设计是一个比较科学系统的设计过程，不能片面强调节约投资，而降低技术和质量标准，又要反对重技术、轻经济，设计保守浪费的现象。因为影响工程造价和建筑质量的因素有很多，所以在实际的建筑机构设计中，一定要充分的考虑各方面的因素，即要技术上可行又要施工上能实现，在每个细节上都要力求优化，只有这样才能实现建筑结构优化设计的目的，达到适用、安全、经济、美观、便于施工的效果。

参考文献

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