关于建筑结构优化设计的探讨分析

【摘要】建筑物越来越多，导致建筑物的发展方向向高层化，但是高层建筑具有自身的特点，无论是建筑物的形式、建筑原材料还是具体的力学分析模型都逐渐复杂，多元化。加强建筑结构的优化设计是建筑过程中必不可少的一步。通过不断优化建筑结构，才能让建筑物满足经济科学且人性的要求。因此，在建筑结构的优化过程中，要对各方面因素综合考虑，才能设计出符合人们要求的建筑产品。本文对建筑结构的优化设计进行了有益探讨。

【关键词】优化设计；建筑结构；方案

0.引言

建筑结构优化设计是节约工程造价的一个重要手段，同时也关系着建筑物的安全性以及投资效益最大化的实现。在进行建筑结构设计时，要考虑多方面因素，比如结构要有足够的强度，要有适宜的刚度，建筑结构有合理的自振频率等。另外，为了避免大震建筑出现问题，在进行建筑结构的优化时要保证建筑结构的强度满足要求，这是一个前提条件。建筑结构优化设计的突出表现和最终目的，是为了降低工程的造价，这是比较狭义上的说法，但是在现实中对建设结构设计的优化，主要指的是广义的说法，在降低工程造价的同时，保证其建筑的安全性，在利益最大化和质量保证中找到一个最优的平衡点，这就是目前建筑结构优化设计的意义所在。

1.建筑结构优化设计的概述

建筑结构优化设计的基本理论建筑结构的优化设计主要体现在建筑工程的决策阶段、设计阶段、建设阶段。在建筑工程的决策阶段，确定结构优化设计所要达到的总体目标，满足本体功能，最大程度保障安全性，缩减投资成本；在建筑工程的设计阶段，确定每一个子系统及整体结构的优化布局；在建筑工程的建设阶段，以结构优化设计为建设原则，组织建设好每一个子系统从而实现整体结构优化布局。决策阶段结构优化选择是关键，设计阶段结构优化设计是核心，建设阶段结构优化建设是基础，三个阶段互相验证、互为补充、缺一不可。建筑结构优化设计的基本要求：功能性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。

2.建筑结构设计优化方法

赏心悦目的建筑是建筑的美观与结构设计相互协调密切配合的结果。建筑结构设计追求适用、安全、经济、美观和便于施工五种效果，而建筑设计优化设计技术方法的应用不但满足了建筑美观、造型优美的要求又能使房屋结构安全、经济、合理，成为实际意义上的""经济适用""房。

2.1建筑结构优化计算方案

在设计模型已经优化后，工程师可以在概念、经验和估算的基础上借助计算机进行可靠的分析计算，经过多次计算比较和调整，使结构设计更加合理和经济。在进行建筑结构设计时，要进行内力、位移等多方面计算，计算的过程也要从不同的角度进行，以保证最大限度地获取准确的数据。在利用计算机结构设计程序进行结构计算时，要注意以下问题：不能盲目的依赖计算机，对于输入的几何图形、构件尺寸、荷载数据等应认真核对、力求准确无误，对计算参数的选取要正确合理，注意实际结构与计算模型的差异。最后可以利用程序的工程量统计功能进行不同结构形式的对比，以找出最优方案。

2.2进行程序设计

根据基于可靠度的结构优化模型和选择的优化设计计算方法，编制功能齐全、运算速度快的综合程序。

2.3结果分析

对计算结果进行分析，确定最优设计方案。在执行以上步骤的过程中，必须要全方位、多角度考虑方方面面的问题。这主要是因为建设投资是一项耗资巨大的工程，涉及到的方面比较复杂，因此必须进行总法规和考虑，不能仅仅为了节约资金投入而忽视了设计的优化作用。要正确处理技术与经济的对立统一是控制投资的关键环节。设计中既要反对片面强调节约，忽视技术上的合理要求，使项目达不到功能的倾向，又要反对重视技术，轻经济、设计保守浪费的现象。

3.建筑结构设计优化经济性

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。

建筑的层高增加，由于墙体面积和柱体积增加，结构的自重会增加，基础和柱的承载力相应增加，水卫和电气的管线会加长；相反降低层高，可节省材料，有利于抗震，同时建筑的总高度减小，两建筑之间的日照距离就会减小，间接的节约了用地。建筑面积相同，建筑使用不同的平面形状时，它的外墙周长也就会不同，这样当选择圆形或是越接近于方形时，外墙周长系数就越小，基础、外墙砌体、内外表面装修都随之减少，同时其受力性能也得到提高，增强了建筑的经济性能6%-34%。优化方法的技术性实现，可以最合理的利用材料性能，使建筑结构内部各单元得到最好的协调，不仅可以实现建筑美观、实用，而且在造价方面也有较大的节省，达到了建筑工程设计对适用、安全、经济、美观和便于施工的一般要求。

4.工程概况及应用实例

某住宅小区建筑面积约57674.79m2，由5层裙楼及32层塔楼组成，裙房平面尺寸为76.65m×63.62m，塔楼平面尺寸为37.65m×32.6m，将地下二层按规范要求的嵌固构造处理，使其作为上部的嵌固端，嵌固以下埋深7m，以上99.8m（结构计算高度）。建筑总高度为106.8m（未包括出屋面的电梯，楼梯间的高度）。该结构平面布置不规则，在裙楼五层处进行高位转换。

结构设计中裙房部分主要考虑由恒载及使用活荷载等竖向荷载引起的荷载效应，主楼部分结构设计不仅考虑竖向荷载效应，还要考虑水平地震作用及风荷载作用下产生的荷载效应的组合。综合考虑裙楼部分大空间的设计使用要求以及主楼部分的抗侧移设计要求，裙房结构承重体系采用钢筋混凝土框架结构形式，主楼采用剪力墙承重结构体系。本建筑结构在主楼抗侧力构件设计中，剪力墙主要承担水平作用，框架承担少部分水平荷载作用和大部分竖向荷载作用。主楼平面形状不规则，因楼梯、电梯间均设置在核心筒内，为提高主楼结构的抗扭能力，剪力墙结合楼电梯间在主楼范围内采取了加强处理，具体厚度根据高层建筑结构设计的变形限值，由刚度、承载力和延性三者间的最佳匹配决定。在主楼剪力墙的布置中，尽量按照下部转换柱的所在位置来设置，以避免二次转换及尽量减少需要转换的剪力墙，经过多轮的调整后，将原来方案中需要转换的剪力墙减少了四条，使转换结构大为减少，在保证结构安全的前提下，对经济性亦有提高。

5.结语

综上所述，通过结构优化设计来降低工程造价是控制工程投资的一个有效途径，而正确处理技术与经济的对立统一是控制投资的关键。对建筑工程进行优化设计一直是我们共同的目标，建筑结构的优化设计是一个比较科学系统的设计过程，不能片面强调节约投资，而降低技术和质量标准，又要反对重技术、轻经济，设计保守浪费的现象。因为影响工程造价和建筑质量的因素有很多，所以在实际的建筑机构设计中，一定要充分的考虑各方面的因素，在每个细节上都力求优化，只有这样才能实现建筑结构优化设计的最终目的，以更好的服务于我国建筑业的发展。

参考文献：

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