建筑结构设计中结构设计优化

建筑结构设计中结构设计优化

技术探讨

黎晓

身份证号码：512929197310293319

摘要：结构设计优化是一个非常广泛、系统的问题，因此需要加强结构设计优化方法的研究。在建筑结构设计中，采取相应的技术措施，优化结构设计，提高设计水平，实现更好的引导结构，是人们不断的追求。本文主要对结构设计优化在建筑结构设计中的应用进行简要分析。

关键词：建筑；结构设计；优化技术

介绍

住宅建筑领域的结构优化主要是指基本结构方案的优化设计、外部结构方案的优化和详细结构设计的优化。这包括优化，例如选择、布局、应力分析和成本分析。相关人员将继续努力提高专业知识和整体水平，汇集设计经验，设计出更好、更安全的住宅结构。

一、建筑结构设计优化的概念

  建筑结构设计时，不仅要考虑基本功能的安全性、可靠性、健全性，还要考虑建筑本身的美观性和艺术性，这就是结构设计，优化并实现了概念。从纯粹的建筑角度来看，结构设计优化可以分为两种主要类型，住宅工程局部结构和整体结构优化设计。住房的设计和施工应根据具体情况，综合考虑住房建设的人文要求、经济要求和周边环境要求。优化建筑结构设计的基本思想是合理最大化资源，使各种元素和谐共存。

二、结构设计优化原则

  1.结构优化设计时必须充分考虑乘员健康和安全。我们把安全和环保放在第一位，让建筑长久使用，让居民感到安全和健康。

    2.建筑必须满足居民的需要，即满足居民日常生活所必需的基本功能，为居民提供便利和舒适。

    3.还必须考虑开发商的经济利益，因此设计者在进行结构优化设计时，应优化建设工程的资源配置，尽最大努力节省资源和成本。

三、建筑结构设计优化方法

1.结构设计模型优化
  要实现建筑结构设计的优化，首先需要建立数学模型，再现住房各项指标与影响因素之间的复杂关系。(1)变量选择。一般来说，建筑师最终确定的建筑设计方案起着重要的作用，而这些重要的建筑数值可以作为建筑设计师做出选择的变量。示例：引用工程参数，包括引用房屋价格、引用其损失等。如果设计者能够使用不太可能改变或需要考虑的参数作为设计标准，则可以大大降低建筑结构的设计和编程难度，并且可以更快地找到最符合其设计目标的数据。(2)确定目标函数。考虑到施工成本，需要建立一组能够准确描述给定条件下截面几何尺寸、钢筋截面积以及相应失效概率之间关系的函数。(3)确定约束条件。一般来说，它们可以大致分为几何约束和运动约束，几何约束通常指几何尺寸等变化不大的约束。操作约束通常是指结构的固有属性，例如不改变的振动频率。

2.结构设计方案计算
  结构设计优化设计主要是多变量、多约束表达的非线性优化问题。在计算和设计优化方案时，需要将原始约束条件转换为无约束条件。常用的方法有拉普拉斯乘数法、对应法、鲍威尔法等。制定设计方案后，需要编制计算程序，使计算结果达到最佳效果。

  3.结构的全局和局部优化
    由于建筑结构设计具有层次性且相对复杂，因此需要利用技术手段对整体和局部设计工作进行优化。从层次上来说，有设计系统、结构系统、装备设计系统等，每一个又都有不同的分支系统。设计必须考虑到建筑结构的具体情况，必须对各个分支系统的结构进行优化才能完成整个设计工作。同时，设计还包括原材料、零件、结构的选择，涉及到一定的复杂性，是设计中必须考虑的问题。针对这些特点，需要从整体角度入手设计，细化设计工作，提高设计水平。

  4.上层建筑优化
  要优化建筑上部结构，首先要合理布置剪力墙。具体方法是均衡剪力墙的质量，使对称楼面的中心与同层结构的重心重合，从而减少地震、强风等外力的影响。如果房屋类型符合标准，则需要采用大开间剪力墙结构，适当增加剪力墙墩，减少墙墩数量，减少混凝土使用量。其次，剪力墙的隐柱通常采用钢筋，因此大开间剪力墙可采用减少钢筋数量。但如果施工场地地质复杂或较差，钢筋数量无法减少，大开间剪力墙结构就不适合。

  5.下基础优化设计
    地基基础的优化设计不仅可以提高建筑物的整体稳定性，还可以直接影响整个工程的总造价。因此，在建筑设计中，必须根据上部建筑的结构体系及其与建筑场地的关系，选择科学合理的方案。当场地条件满足天然地基的要求时，由于天然地基成本相对较低，往往优先考虑。选择桩基时，应根据场地地质条件、水文环境、施工条件选择合适的桩基类型，尽量减少工程造价和投资。实际施工中，桩端支撑层的深度决定了灌注桩的长度和基础施工周期。因此，有必要对方案进行比较，尽量使其科学、合理、经济可行。遇到有空洞的施工现场，要了解空洞的分布、大小、深度，并结合空洞上方的地面情况制定方案。如果洞穴相对稳定，可以将洞穴的上土层作为基础支撑层，则应选择上土层作为基础支撑层，并尽可能避免对洞穴进行处理。在某些情况下，可能需要比较洞穴处理和上部结构轻量化对投资的影响，并根据两者的优点进行选择。

  6.分段优化设计分析
  在有限的使用寿命内，每个项目的每个环节都有多种设计方案可供选择。这意味着每一步都有一个优化的解决方案，设计者可以根据每个阶段的性质选择相应的优化方法。即可以优化工程全生命周期，最终优化工程各阶段，保证施工质量，显着提高施工经济效益。

7.概念设计与详细结构设计优化相结合
    概念设计用于抗震强度等无法具体量化的情况，但由于不确定性，计算公式不可避免地与实际存在较大差异。在设计过程中，设计者应灵活运用结构设计优化技术，以达到最佳效果。与宏观认识相对应，设计过程中考虑了详细结构设计的优化，例如现浇板的异形板在拐角处容易出现开裂，可以分割成矩形板。也是需要注意的注意钢筋的选择，钢和冷轧带肋钢的市场价格相近，但极限抗拉强度却相差很大。因此，在塑性满足要求的情况下，可以采用冷轧钢筋。现浇板选用轧制带肋钢筋，进行结构设计时，立面悬挑板和加强筋只需满足基本规范要求即可达到安全和经济的双重目标。

  8.优化建筑效用
  在进行房屋结构设计时，首先要优化房屋的实用设计，完善建筑的结构形式，保证整个建筑的安全。在设计过程中，设计师需要优化建筑布局的规则性、对称性、合理性，以免过分追求建筑的美观而忽视建筑的安全性和实用性。

  9.保持结构优化和架构优化之间的协调
  结构设计应与建筑的规划功能紧密配合，既要保证结构的完整性，又要实现建筑的功能性和结构的合理性。对于建筑系统来说，平面应简单，墙和柱不应错位，高度应与横截面积相匹配。建筑设计时，在受力较大的角部区域应选用高强建筑材料作为承重材料，以更有效地减轻自重。整体结构必须保证重心、刚心、质心正确重叠，防止扭曲。

四、结论

    通过优化建筑结构设计，保证建筑本身的功能性，减少项目的资金投入。设计人员在优化结构设计时，不仅满足于结构纵向功能齐全、受力均匀、具有足够的刚度和柔性，而且要大胆探索新的结构形式和设计思路，需要创新、借鉴、创新。我们根据建筑的特点，充分融入自己的创意和理念，实现“物质与精神”兼备的建筑。

参考文献：

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[2]周汉杰.建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的应用[J]. 中华民居(下旬刊),2014,01:117

[3]张海滨.建筑结构设计中的优化策略[J]. 产业与科技论坛,2014,05:71-72.