论述建筑结构设计中的优化策略

论述建筑结构设计中的优化策略

吕涛

奥意建筑工程设计有限公司广东.深圳518000

摘要：随着人们经济水平快速的提高，对建筑结构设计有了更高的要求，使得结构设计工作的难度有所增加，出现了多种问题，所以，在建筑结构设计的过程中，就要积极采用结构优化的方式，不断提升工程施工的便利性，同时采用结构优化设计的方式，增加建筑工程的稳定性与经济性。本文主要以此为研究内容，同时分析出结构设计优化对于整个建筑领域的影响意义。

关键词：建筑结构；优化设计；房屋结构设计

1、建筑结构设计优化的具体内容

要想真正的发挥出建筑结构设计优化在建筑领域的重要性，首先就需要选择科学的方法进行施工，同时保证其各个工序和步骤都满足实际工作的需要，同时要保证其技术符合未来发展的需要。房屋结构优化设计具体内容如下所示：

1.1保证计算方案符合工程实践的需要

就目前来讲，我国的房屋结构优化设计所存在的缺陷非常多，最为常见的是设计参数、构造措施的运用，在方案计算的过程中，应该将这些存在的缺陷和问题及时的解决，然后确定出最为符合工程实际的设计方案。

1.2建筑结构优化模型

1.2.1合理选择设计参数

设计参数对于工程质量的影响比较关键，是非常重要的一项数据，其会直接影响其总体性能，因此，在设计方案的确定上要从结构方面和局部特性做出具体的规定，符合工程设计数据的需要，尽量的减少工程设计和方案制定上的工作量.

1.2.2确定目标函数

这方面的确定工作首先要做的就是选择符合工程条件的一组截面尺寸，并且确定其建筑截面积和失效概率，同时将工程成本控制在最小范围内。

1.2.3确定约束条件

最终确定房屋结构优化设计方案时，要合理的处理工程的约束条件，不同软件对约束条件的定义也不同，因此确定合理的约束条件对确定结构方案也起着至关重要的作用。设计方案确定的过程中，要保证其最终的设计方案能够使用在具体的房屋建设过程中，还应该将约束条件和目标条件进行适当的对比和比较，保证其各项的基本条件都符合工程方案设计规范的具体要求，以实现设计方案的最优化。

1.3结果分析

深入的分析计算方案的结果，以保证方案具备最优化。因为影响工程项目投资的因素比较多，内在关系也非常的复杂，这就需要全方位的考虑，合理的调配资金和优化设计方面的关系。设计中要保证其具备节约性的要求，保证技术符合要求，同时应该重点进行技术、经济等方面的考虑，保证其不会存在严重的浪费情况。

2、结构方案的选择

对于任何一个建筑都有很多建筑结构设计方案，选择哪种设计方案是决定一个建筑是否经济合理的成败因素。所以，任何一个建筑物都应该选择结构体系简单，受力和传力途径简单明了的方案。这样不仅计算模型建立简单，计算正确率也会比较高。

工程实例：本工程为除盐水泵站，建筑分为两部分：一部分为酸碱储罐间，高度为5.500m；一部分为主车间高度9.600m，主车间女儿墙高0.6m，主车间还有一个地下水池深5.300m，抗震设防烈度7度，场地类别2类，图示如下

实例分析：本设计原设计方案是，酸碱储罐间砖混结构、主车间预制排架结构。但是由于砖混整体性及抗震性能差，墙的高厚比约束以及预制排架结构还需要现场制作预制柱等原因，故原设计方案改为了酸碱储罐间和主车间均采用框架结构，两者建筑之间设置伸缩缝的结构方案。从传力的角度分析：板传给次梁，次梁传给主梁，主梁传给柱子，柱子传给基础；传力直接简单，空间符合建筑使用要求且能使空间可变性增强；从结构布置角度分析：两个建筑分离，使建筑平面布局避免结构的不规则布置，抗侧力构件刚度布置均匀。能满足建筑的功能性及后期使用功能扩展性有较大提高，抗侧力构件布置均匀对称，使结构经济性有很大提高。

3、建筑结构优化设计的实际应用情况

3.1建设工程师全程参与

就目前我国的建筑实际情况来看，在设计中选择最优化的设计方案能够将工程成本降到最低限度，还能够保证其各项性能满足具体要求。因此，在确定了最优化的方案之后，应该积极的推广到实践中，因为该项技术会直接影响整个工程的造价和投资。但是在早期的建筑工程中，很多的设计师并未直接参与到工程实践中，仅仅是进行方案的设计工作，这就使得很多的建筑结构并不是很实用，且难度有所提高。如果在建筑施工的初级阶段实施优化施工方案，需要保证其工程进行的过程中严格按照结构优化方案进行施工，保证其综合性能满足实际需要，全面提升工程质量，满足人类居住和生活的需要。

3.2建筑结构优化设计方案具体解决的实际存在问题

建筑结构设计中存在很多的实际问题，要想实现建筑结构的优化目标，就要全面改变建筑结构设计，如果设计方法不当，将导致建筑结构难以协调，导致其综合性能难以满足使用要求。建筑结构优化设计中往往会出现突发情况，如果未能及时处理，必然会导致工程存在巨大的安全隐患，要想解决这一问题，首先需要采取必要的预防措施，避免实际工程中损坏建筑的整体结构，切实提高建筑的安全性、稳定性，有效的降低工程成本，提升企业的综合收益，也要满足居住人群的实际要求。

3.3各单位积极配合协调

房屋建筑设计需要与实践完美结合，同时要与施工单位、机电单位、管理部分协调沟通，相互配合才能完成工程的整体施工，出现问题后及时的解决和处理，保证工程顺利实施。严格服从上级领导的安排，各负其责。工程技术人员及时的了解建筑结构施工情况，加强沟通和交流，选择出最科学、有效的施工方法，确定最优的设计方案，然后在应用到实践中。

3.4合理选择最优化的概念设计以及建筑结构形式

概念设计主要指的是一个基本的设计理念，其还是未定型的产品，在不具备具体的数据支持下，会导致其与实际施工情况存在一定的差别。由此可见，设计人员应该开放思想，改变设计结构，提升工程实际效果，与此同时，还应该严格的控制结构设计中所有的细节部分，提高工程质量水平。

4、结构优化设计的步骤

对房屋结构整体进行必要的优化设计时候，可以分成三步进行建筑结构的设计优化。下面将对每一步骤进行详细的介绍：

（1）建立结构模型

建筑模型建立时，应该在符合实际的前提下，除去次要构件简化模型，使建筑模型即符合实际的受力状况，又减少次要因素对于结构整体模型的失真影响。

（2）对结构安全性指标及经济性指标进行合理的选择

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C1）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计算量均大大减小。

（3）对目标函数进行确定

在进行结构设计优化的时候，我们应通过多次试算来寻找一组即能够满足现行规范标准的整体指标又能使结构构件截面尺寸、钢筋面积等经济性指标相关参数最小的一组作为目标模型进行计算，使得工程达到安全、适用、经济、美观的最终目的。

5、约束条件的确定

在房屋结构的优化设计过程中，必须在满足结构可靠度的前提下，来确定优化设计过程中的约束条件。

优化设计中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。

在进行结构设计的时候，我们必须对目标约束条件与实际的约束条件进行相应的比较与分析，再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。

6、结果分析

我们必须对相应的计算结果进行必要的分析比较，这一步骤在建筑结构设计优化中尤其重要。合理的优化设计方案，不仅从设计的角度趋于合理，而且在施工技术方面也有更好的操作性。这样就不会在施工方面增大施工投资。

7、结构优化设计的注意事项

（1）结构优化设计应注意初步方案的选定，初步设计方案应结合建筑类型、地质水文的情况、建筑高度等确定，他的确定直接会影响到工程的造价。所以我们应该注意，初步方案要全方位的考虑各方因素，来做到结构合理、功能齐全、经济适用的结构形式。

（2）概念设计结合细部结构设计优化

在没有具体数值量化的情况下，可以使用概念设计。例如，对地震的烈度进行设防时，由于它存在这不确定的因素，所以我们无法找到与实际相符合的计算式，所以在进行设计优化的时候我们可以使用概念设计的方法，把相应的数值作为参考与辅助相关的依据。同时在设计过程中，相关结构设计人员必须合理使用结构设计优化的方法，从而达到最佳的效果。在设计过程中必须对局部结构进行设计优化。

（3）下部地基基础结构的设计优化

在地基基础的结构设计优化中，我们必须选取合适的方案，如何选择基础类型，可通过下面的实例简单阐述选择基础类型的条件。

例如上述工程“除盐水泵站”由于工程有3米深的软土，为此原设计主车间采用桩基，酸碱储蓄间采用混凝土条形基础。后来经过分析计算，可以把基础作用在-4.000m的粉质粘土层上，地基承载力为130KPa可以承担上部结构传来的荷载，且粉质粘性土层下没有软弱下卧层。故基础改为筏板基础，从而光基础方案的改动就节约投资20多万。

由上述可知选择基础方案，可从以下几个方面考虑

①上部结构体系的荷载大小及分布。

②地基承载力是否能满足上部荷载要求。

③持力层以下软弱下卧层对持力层承载力的影响是否满足上部荷载要求。

除此上述条件外，还包括基础总沉降量和差异沉降量的控制、地下水位及其防水要求、基础施工给周边现有建筑带来的不利影响、不同的基础形式对基础造价的影响对比，来满足基础对于上部荷载的承载能力及更加经济的基础形式。

8、结束语

为了实现人们对于建筑工程的要求，在设计的过程中需要选择最优化的结构设计方案，同时该方面能够大大节约施工成本，降低工程造价，提高企业的经济效益。使用科学、有效的方法进行工程方案的设计，在保证工程具备稳定性、安全性的前提下對于结构方案作出部分的调整，促进建筑领域积极的发展和进步。

参考文献

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