结构设计优化技术及其在建筑结构设计中的应用王涛

结构设计优化技术及其在建筑结构设计中的应用王涛

王涛

重庆中迪创远建筑设计有限公司重庆400000

摘要：建筑结构优化设计是通过科学有效的方法找到一个设计变量，使其既能满足已知参数的各项约束条件，又能使目标函数达到一个最小值。这里提到的设计变量是指能够根据不同的设计方案形成不同的数值的量。这些设计中的设计变量也可以称之为设计点。文中对结构设计优化技术及其在建筑结构设计中的应用进行了分析。

关键词：结构设计优化技术；建筑结构设计；应用

1建筑结构优化技术的内容及意义介绍

1.1建筑结构优化技术的内容介绍

在对建筑结构设计进行优化的时候应该从以下几方面入手：第一，最先要进行优化的内容就是对建筑的使用以及安全性能进行优化，而在应用相关设计进行优化的同时，还应该考虑到结构存在的一些安全隐患，花费最少的资金成本完成最有效地优化；第二，还需要对下面两点内容进行优化，首先，相关人员必须对于房屋的具体结构构造有一个清楚明确的认识，这样才可以根据实际的房屋需要设计出最优秀的设计方案，对建筑结构不完善以及存在漏洞的地方进行最合理的优化。其次，在进行设计的时候应该根据房屋整体结构以及子结构情况进行相应的优化设计，这样才可以使房屋的建筑结构得到最有效地优化。

1.2结构设计优化的意义

众所周知的一个情况就是，我国是世界上人口最多的国家，特别是随着时代的快速发展，大量的农村人口开始选择进入到城市工作生活乃至定居，这种情况也就造成了社会对于建筑的需求量也在持续不断的增长，相应的建筑用地也变得越来越紧张。受到这种情况的影响，我们国家的高层以及超高层建筑的数量也越来越多，而对于建筑设计结构的要求就是花费最低的成本满足最多人的需要。所以，要想使建筑发挥出最大的作用，必须要应用最先进的技术对房屋建筑结构进行最合理的优化。

2建筑结构优化技术及存在的问题

2.1建筑结构优化技术

2.1.1传统结构设计

通常所说的结构设计的方法是根据不同设计的要求需要，给出初步设计方案，然后利用力学知识进行分析，使其刚度、稳定性、承载力、尺寸等满足规范等强制进行或者构造要求。所有的结构设计方案都可以用一些设计变量和一些给定的参数来表现，这些都随着设计方案的变动而变动。传统的结构设计就是设计人员凭借自己的设计经验或者参考已经完工的类似的设计第案列确定基本的设计方案，进而进行刚度、稳定性、承载力等方面的计算、演算或者校核，一般只要可行符合规范便采纳之。其实这个只是可行设计，也就是传统的设计。可行的东西是建立在安全的基础上的，但是不是“最优的”，最优的方案是在若干个传统的设计中进行量的优劣取舍，从中选择或者合并一个最好的方案最为优化设计的结果。可以说传统设计是为优化设计做准备的，传统设计是基础，没有前者就谈不上后者的进行。

2.1.2结构优化设计

在建筑结构设计的过程中，工程结构的优化设计即在满足各种设计规范或者一些特殊需要，通过各种方案的反复推敲对比使结构设计最终达到最佳的设计方法。通常情况工程结构设计对提高工程结构的经济效益和功能方面具有重大的实际意义。结构设计中可以通过方案优化或者精细化优化删除不安全的无效的成本，优化后结构安全系数不会降低，有时候反而更加合理，或者使整体结构更加结实。结构优化设计要求用优化方法去搜索所有的设计方案，从里面得出最好最优的方案后进行后续施工图设计。同时结构设计是一种技术行为，对专业知识要求很强，找出既经济又合理的方案。这些可选的方案都要求满足规范规定的最低限，这样就能做到避免浪费，既减小了财力、人力，控制成本，这是当今社会的发展所趋，也是建设现代化节约型社会、科学发展观所要求做到的。

2.2存在的问题

2.2.1基础设计问题

建筑基础结构设计关系着整体建筑的稳定性以及使用寿命，部分设计人员在房屋基础结构设计中缺乏重视度，没有对施工现场的地质环境进行实地勘察，仅仅凭借相关部门提供的数据资料以及自身设计经验进行房屋基础结构设计，导致设计方案与实际施工建设情况不符，基础结构实际存在盲目性，从而降低了基础结构设计质量。

2.2.2框架设计问题

框架设计分为横向结构设计与纵向结构设计，但是设计人员在框架结构设计中往往重视横向框架结构设计，而忽视了纵向框架结构设计的重要性，导致框架结构承载力不足。框架结构中的横向与纵向是框架水平与垂直承载力的主要来源，若是一方设计出现缺陷，就会导致整体框架结构承载力不足，在遇到如地震等突发自然灾害情况时，将会无法承受巨大的压力，造成框架整体稳定性失衡，从而危害人们的生命财产安全。

3结构设计优化技术在建筑结构设计中的应用

3.1结构设计优化模型

进行建筑结构优化设计的方法之一是建立结构设计优化模型，通过科学合理的计算方法得到相关的优化设计方案。建立结构设计优化模型主要包括：第一，对设计变量参数进行选择，一般而言，选择变量参数时要选择对建筑影响力最大的参数，这样可以尽可能的减少建筑结构优化设计中的工作量；第二，要对目标函数进行确定，通过有效的目标函数得出最优的设计方案，并以此使建筑结构优化设计符合相关规定。

3.2结构优化设计计算方案

对建筑结构优化设计计算方案进行选择的时候，要充分的考虑建筑的设计特点，通过结构结构设计软件进行计算对比，从而选择出最佳的优化结构计算模型，得出建筑结构优化设计的最终方案。

3.3优化安全设计增加建筑安全系数

在建筑结构设计的优化设计中，最重要的一个因素就是安全因素，建筑物是人们日常生产和生活的主要场所，因此在对建筑物进行结构优化设计中必须要尽可能减少其中的危险因素，例如减少高空落物、机械伤害、漏水漏电、火灾爆炸的可能性。

这就需要在对建筑物进行结构优化设计之前对可能产生的危险因素进行排查突破。在对建筑物进行结构优化设计的时候可以对围栏、墙体、支柱等重要结构周边的环境进行详细的调查，那建筑结构优化中的安全问题又被动转化成主动发现和预防，确保人们的人身和财产安全得到一定的保障。

3.4优化建筑结构设计减少用地面积

近年来，随着我国人口数量不断的增长，我国城市人均用地面积不断的缩小，城市用地资源日趋紧张，如何能够在有限的城市用地资源中实现合理建造建筑物，取得最大的经济效益和社会效益，已经成为了城市建筑结构设计优化技术所面临的巨大挑战。然而另一方面，如果在进行建筑设计中单纯的将节约建筑空间作为主要目标，无疑会使建筑的使用空间压挤的过于密集，在让人们在活动和居住方面体验感急剧下降的同时也会导致人们生活居住的隐私感下降，最终必然会加剧人们对建筑空降优化的反感和排斥。因此，在对建筑物的结构进行优化设计中要尽可能的利用合理有效的空间，使节约空间和增加用户体验感舒适感有效结合，大幅度提高建筑结构的容量。例如可以合理的利用建筑的地下空间，在建筑地下修建地下停车场或者地下商超、地下餐厅等。以实现在相同的开发空间和同等的建筑规模条件下，做到既可以有效的节省土地资源又可以全面扩大建筑的内部结构，提升建筑物效用性的目的。

4结束语

总之，对建筑结构的设计进行优化最基本的目的是在保证建筑物本身功能的同时提高建筑物的建筑质量，增加建筑物的经济收益。这就需要运用科学合理的建筑知识，在建筑原有基础上不断创新，为建筑物提供更完善的保障。

参考文献

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[2]张建勋，谷军，张帆.框架剪力墙结构的概念设计要点分析[J].建筑设计管理，2016（7）：131.

[3]徐慧.浅谈房屋建筑结构设计中的常见问题分析[J].中华民居，2016.