谈建筑结构的优化设计

【摘要】现代建筑除了要具备一定的使用价值之外，还应该注重外型上的美观。安全、便于施工、经济、实用以及美观是我们对房屋结构设计时，必须要考虑的五个基本问题，也就要求我们必须对建筑结构设计进行相应的优化，以使得空间资源的合理利用，尽量使得房屋结构合理、安全、可靠。本文将对建筑结构设计的优化方法进行相关的介绍，并对建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的应用进行进行简要的阐述。希望通过本文的相关介绍，让读者对建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的应用有所认识。

【关键词】建筑结构；设计；优化目的

一、建筑结构设计的优化目标

建筑物除了其本身的使用功能外，其外形设计也能够让人们赏心悦目的欣赏。所以建筑师在设计建筑物的时候，不仅仅要考虑到建筑物的使用功能，还要考虑到建筑物的外形设计。这就要求结构设计和建筑的施工技术能够相互协调、配合。在进行建筑结构设计的时候，其主要目标是安全、适用、经济、美观和施工简单。而所谓的建筑结构优化设计，就是在原有的建筑物工程结构满足施工约束条件下，按照预设的目标寻找出最适合、最经济的施工方案的设计方法。优化建筑结构设计不仅可以满足人们对于建筑外形的美观要求，还可以令建筑结构设计满足经济适用建筑的条件，例如令建筑物的设计变得合理、提高建筑物的安全性能、降低建筑物的施工成本等等。一般来说，优化建筑结构设计的主要内容主要是优化建筑物工程的总体结构和建筑物工程的部分结构。此外，在进行建筑物结构设计优化的过程中，应该要以符合设计规范和建筑物使用要求的前提下，一切设计以实际情况为基准，以最大程度提高建筑物的综合效益为目标。

二、建筑结构设计方案优化的组成部分

1.建筑物结构周期性的折减系数

对建筑物的框架结构和顶盖等结构的设计中，计算周期一般会比实际周期大，因为在施工时，由于填充墙体的存在会导致结构的实际表现刚度大于设计刚度。所以一旦计算出建筑物的结构剪力偏小，会导致建筑物的部分结构安全性能降低，这时候就需要对建筑物的结构进行适当的周期性折减计算。但对于建筑物的框架结构是不适合进行折减计算或把折减系数取小的。

2.优化建筑物耐久性设计

在很多混凝土的结构设计中都没有全面、综合地考虑到建筑物的耐久性，从而导致有许多建筑设计都未能达到当初的设计目标。当建筑物的设计者遇到建筑物的其他使用功能要求或是施工技术指标上升为设计建筑物的主要矛盾时，设计师就要放弃建筑物对经济的单纯追求，这时候往往需要根据建筑物设计所需要解决的重要性问题，挑选出适合的目标来进行优化，才能达到满意的优化建筑结构设计方案的效果和目的。

三、房屋建筑结构设计与经济二者关联

1.房屋建筑结构的层数与用地面积之间的关系。如果只是对某一个建筑物进行分析，建筑结构随着层数的增加其所用地面积是越来越少，但实际的情况却是，当房屋筑结构层数增加时，建筑物高度也是随之上升的，相邻建筑物之间的间距就会增大，因此建筑物单位总建筑面积所使用土地面积就也是增加了。实际上建筑物的所需的总的用地面积与建筑物的层数并不存在着必然的关系的，所以在我们应用结构设计优化技术时，就要协调好建筑物用地面积与建筑物层数之间的关系。

2.房屋建筑结构的体型设计与经济之间的关系。在建筑物的总面积是相同的前提下，平面形状为方形的或是圆形的它的周长就越长，并且前期所消耗的墙体面积越少，那么后期所需要装修投入就也会越低。并且通过对比分析，我们发现平面形状为方形的建筑物或是圆形的建筑物的内部构件的结构都很稳固，并且受力状况也更加稳定，所以在进行结构设计时，房屋建筑的平面形状建议选择方形的或是圆形的。

3.房屋建筑结构设计与建筑设备之间的经济关系。在建造房屋建筑时是需要很多电气设备材料以及给水排水管道的，随着建筑的楼层数越来越多，所需要的给水排水管道就会越来越多，并且需要的电气设备材料也就越多，那么整个工程的造价成本肯定会大幅度的提高。

4.房屋建筑结构分部结构与建筑物层数间的关系。所有的房屋建筑物都是要共用一个屋盖的，因此当建筑物层数的逐层增加时，屋盖部分的单位成本实际上是在逐步下降的。但是对于房屋建筑的基础部分就不一样了，即使也共用一个基础部分，当建筑物层数增加时，由于基础部分所受的荷载越来越大，所以基础部分就应提高构件的承载能力，因此基础部分的设计成本也是随之增加的。另外房屋建筑结构内部的梁、柱、墙等承重构件随着建筑物层数的增加，其所要面对的实际情况十分复杂，设计时就必须多采取一些提高其实际承载能力的方法，这样就会增加这些基础构件的实际设计成本。对于房屋建筑结构中不同的分部部分，随着建筑物层数的增加其施工的成本的变化情况也是有所不同的。

四、建筑结构设计优化的流程

通常在对设计变量进行选择时，我们把对建筑结构影响的主要参数作为设计变量。如目标控制的相关参数（损失的期望C2和结构的造价Cl）和约束控制相关参数（结构的可靠度PS）等；然而还有一些影响不是太大其变化范围也不是很大或者由局部性以及结构的相关要求就能够满足相应的设计要求的一些参数，我们可以用预定参数来表示这样能够使得我们的设计量、计算量以及编制程序的工作量均大大减小。在进行结构设计优化的时候，我们还必须寻找一组能够满足相关的预定条件的截面相应的几何尺寸、钢筋的截面积以及相应的失效的概率的函数使得工程造价最少。对于房屋的结构的设计优化来说，必须确保结构的可靠度，来对优化设计相关的约束条件进行相应的确定，设计优化的约束条件主要包括裂缝宽度约束、结构强度约束、尺寸约束、构件单元约束、应力约束、结构体系约束、从可靠指标约束到确定性约束条件以及从正常使用极限状态下的弹性约束到最终极限状态的弹塑性约束等约束条件。在进行结构设计的时候确保每个约束条件都必须满足相关要求，以实现最佳的设计。在设计过程中必须对细部的结构进行相应的设计优化，例如在现浇的混凝土异形的板料，其拐弯处容易开裂我们可以简化成矩形板然后再合理的选择钢筋在满足其结构的基本要求条件下，达到既安全又经济的目的。

五、结语

综上所述，对于现代化的建筑设计来讲，不仅需要确保其基本的使用价值和功能性，同时针对外观的设计还应当具有一定的美观性，以进一步的增强整个建筑结构和设计方案的价值。另外便于施工操作、安全、可靠、实用以及经济，是当前城市建设对于建筑项目的基本要求，在实践的项目当中还应当全面的对整个项目的水准进行优化，以求对空间和相关资源的合理利用尽可能的增强建筑的可靠性和安全性，增强结构的合理性。随着人们的生活水准不断提升，对于建筑的安全性和实用性要求也在不断的提高所以还需要充分的运用现有资源使得设计的水准和效益得到不断的增强。针对房屋的经济性设计，需要在确保了安全性与合理性的基础之上加强整个结构的设计美观性对方案进行不断的优化，促进工作的改进。

参考文献：

[1]杨宇.尹航.美国绿色BIM应用状况及其对中国建设领域的影响分析[J].中国工程科学，2011.

[ 2]陈晓.浅谈设计工作对工程项目的影响[J].山西建筑，2010.

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