关于建筑结构优化设计的探讨

叶丹

摘要：随着社会主义市场经济的发展，我国建筑事业逐渐发展，国家建立节约型社会理念的不断深入，建筑的需求者与供应者都对建筑结构的优化设计提出了更高的要求。建筑结构设计逐渐形成了安全、经济、适用、美观、便于施工的原则。

关键词：建筑；结构；优化设计

近年来，节能环保型社会建设理念的不断深入人心，进一步加剧了建筑的需求者与供应者对建筑结构优化设计的需要。随着我们社会经济的迅速发展，工程投资者追求成本最低化的要求日趋紧迫化，因此必须采用有效地优化设计方法达到降低建筑成本的目的。

1.建筑结构优化设计的意义

1.1降低工程造价

为了达到结构优化设计的目的，工程设计人员必须在保证结构安全的前提下，通过对建筑结构的理性分析，采用合理的优化设计理念和方法进行优化设计，使得能有效地控制工程造价，满足投资方的经济要求。通过以往的优化设计经验来看，相比于传统的设计方法，优化设计通常可以达到降低工程造价5%～30%的目的。结构设计时应根据房屋的建造地点、层数多少、平立面体形，在满足耐久性#安全性和舒适性要求的前提下采用经济又合理的结构体系，在构件设计中应该精打细算，要严格执行规范构造要求，注意避免不必要的铺张浪费。尤其是在地基基础设计中更要注意此方案的经济比较，因为地基基础的设计方案是否合理对房屋造价非常重要。

1.2节约能源

建筑结构设计的环保性是继经济性之后的一大更高要求，建筑结构优化设计过程通过材料选用品种的环保、整体布局的环保来体现可持续的发展理念。在建筑资源的材料选用方面，在保证建筑本体功能性、安全性的基础上，最大可能的选择节能环保型材料，同时，在结构优化的整体布局中，不仅强调建筑主体内部结构的统一与环保，也包括建筑建设过程中废旧材料的处理与应用，更不能忽略建筑未来使用过程中对环境产生的重要影响。另外，材料选用的环保、整体布局的环保也是结构优化设计过程中安全性的体现。

2.建筑结构设计的要求

2.1安全性方面的要求

住宅实行商品化后，应为住户的耐用消费品，使用寿命长是区别其他消费品的最大特点"因此，结构耐久性和安全性是住宅结构设计最基本的要求"结构体系的选择以及材料的选用，都应有利于抗风抗震，以及使用寿命期间改造维修的可能性"建筑作为人类生存的基础生存环境，与人类的生产！生活紧密相关，安全性成为建筑结构优化设计的必然考虑因素"一味追求建筑结构的优化设计，忽略决策阶段！设计阶段！建设阶段的安全性，其作为建筑不但没有任何实际意义，反而会给人类正常生产和生活带来致命的危害"因此，安全性是结构优化设计中的必然考虑因素"

2.2舒适性方面的要求

建筑是人类的基础物质生存环境，建筑结构优化的终极目标就是为了满足人类对物质生存环境的最大化需求。对功能性的满足也不再局限于传统的实用性功能，而是增添了舒适性、美观性、协调性等多种新元素，满足人类对基础物质生存环境的更高要求。住宅建筑设计应为住户起居舒适性的要求提供条件。

1.3经济性方面的要求

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。

3.建筑结构设计的措施

3.1选择方案

加强设计中建筑结构形式的选用不同的建筑类别和功能要求决定了户型的选择，从砌体结构和底部剪力墙结构谈起。加强砌体结构的设计。作为承重构件和抗侧移构件的砖砌体，其平面布置较为灵活，但不宜做跃层结构，杜绝受力大的突兀结构形式。门窗开洞宽度不宜超过2.1m，纵向墙体数量不宜少于三道，这一措施可以适当减少构造柱的配筋。加强底部框架剪力的设计。底部框架剪力墙结构由于竖向抗侧力构件不连续，使得设计中受力平衡容易出现问题因此对建筑平面的要求较为严格。承重墙尽量放在框架梁上，如果出现放在次梁上的墙体时，应加大该次梁、主梁、框架梁的配筋，加厚该处的楼板厚度。结构楼板不能随便错层，只有在楼板上填轻质材料实现的方式才可行。户型设计中宜让大房间布置在临街面，卫生间、厨房等小房间布置在背面，这样方便临街面柱网的布置等。

3.2设计方案

剪力墙设计中连梁的设计是关键。联肢墙是通过连梁连接的各墙肢联结而成，从而增加了墙肢的约束条件。连梁的刚度增大必将使得结构的地震作用也增大，这样连梁和墙肢分配内力也相应增大，此时必须增大构件的配筋量，显然这一设计结果必然会造成材料的浪费。因此，在住宅结构设计时，有经验的设计师都不会采用大刚度的窗下墙作为连梁，而宜将连梁设计成为截面、刚度较小的弱连梁。同时，在满足结构刚度与变形要求时，应从经济角度与抗力、变形方面综合考虑，合理布置抗侧力构件。显然，剪力墙数量越多，结构抗侧力刚度愈大，相应结构位移会减小，但是结构地震力会随抗侧力刚度增大而加大，对结构的造价控制不利。因此剪力墙应以周边均匀、对称、分散等原则合理布置，以规范规定的水平位移限值为准尽可能减少剪力墙数量。

3.3优化方案

在注重整体设计的同时，也应加强结构局部构件的精细设计。比如现浇板设计中尽量把异形板划分为矩形板，这样既达到合理受力的目的，也避免了拐角裂缝的出现。再者，底部框架抗震墙的底框梁箍筋配箍量一般较大，此时若选用冷轧带肋钢筋作为箍筋，便可减少箍筋肢数或箍筋直径，达到造价的降低以及施工的方便化。还有，为减少底部截面，采用高强度的混凝土是柱构件不错的选择，但是水平构件混凝土可适当减少混凝土的标号，满足了受力要求，也节约了成本。此外，随着计算机技术以及结构优化设计理论的结合，基于计算仿真的优化设计思路已经在工程结构设计中得到了广泛的应用。通过利用计算机分析软件建立优化设计的分析模型，采用高效的计算机优化计算方法，设立结构设计达到的目标要求，最终实现结构设计的优化目的。在具体的优化设计过程中，优化设计实际上已经由一个工程问题转变为一个数学问题。在大型复雜结构的优化设计中，基于这一思想的结构优化设计方法具有其他算法无法替代的优势。因此，工程设计人员加强基于计算机技术的优化设计分析非常必要。总之，真正合理的优化设计思路一方面要节省工程成本，同时更应该提高建筑结构的安全等级，为了实现次目标，结构设计人员要充分利用结构设计的概念特点以及有效地设计分析方法，通过高效精细化的设计使得结构设计真正达到优化设计效果。

4.结语：

所谓结构优化设计，就是指工程结构在满足约束条件下按预定目标求出最优方案的设计方法。在结构优化方面，合理的结构方案决定了整个设计的好坏成败。因为对同一个建筑设计方案而言，结构设计不是唯一的，不同方案会使工程质量和工程造价产生很大差别。进行正确的结构计算，一体化计算机结构设计程序的应用和完善，帮助结构工程师能越来越轻松的进行计算分析，使得结构设计更加经济和合理。要提高材料的利用率，因为结构设计的目的就是花尽可能少的钱，做最安全适用建筑，这就要求结构设计时对材料选用要合理，利用要充分"还有，要正确合理的运用和理解，其是我们设计中必须遵循的标准，是国家技术经济政策，科技水平以及工程实践经验的总结。