结构设计优化设计技术的应用

【摘要】: 现如今，人们物质需求及市场价格变化使得建筑的成本攀升，利用结构设计优化的方法对建筑结构进行优化设计是实现资源最大化的重要手段。文章介绍了结构设计优化的意义，探究了结构设计优化设计技术的应用。

【关键词】：结构设计；优化设计；建筑结构；应用

中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：

引言

结构设计优化是近年发展起来的一门新型技术，它能够使设计者从被动的分析、核验转而进入主动的设计角色，是结构设计领域新的发展。与传统设计相比，结构设计优化能够更合理地利用材料的性能和局部空间，使结构内部得到最好的协调，并达到设计要求的安全规范。

一、结构设计优化的意义

1、降低总造价

进行结构优化设计中，多层住宅和高层住宅相比较，层数越多，总建筑面积增大，单位建筑面积占用的土地面积就越小，节约了用地成本，但建筑层数的增多，建筑总高度也会加大，楼与楼之间的间距也要加大，这时占用的土地节约量就不与建筑层数增加比例相同了。对于基础部分而言，虽然也是各层共用的，但是层数增加，传给基础的荷载将会增大，我们需要增大基础，这样单位面积的造价有所降低，但是却没有屋盖的效果那样明显。

2、提高建筑结构经济性

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，有利用抗震，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。

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。通过使用优化设计手段，达到这5个方面的最佳结合，符合现今建筑商对于建筑结构的效益的需求，也符合市场可持续发展的需求。

二、结构设计优化技术

1、结构设计优化技术的原则

结构设计优化简言之就是要求设计师在设计之初，要综合考虑建筑的用料和环保等因素，结合一定的经济数据，以最小的经济投入，换取最合理的最环保科学的房屋。一方面满足房屋用户的安全和质量的要求，另一方面还要在审美与外观上有些突破。结构设计优化是对结构设计进行深化、调整、改善与提高，也就是对结构进行高质量再加工的过程。结构设计优化不能降低任何房屋的质量或者其他的使用价值，而单方面的考虑到外观的美化。必须在保证质量的前提之下作出优化设计。

2、实施结构设计优化技术所遵循的要点

（1）科学地遵循结构设计规范

建筑结构设计工作要求结构设计工程师们不仅对于相关的专业设计知识熟练地掌握，有相对量的实践设计经验和成功案例，也要深谙此专业的相关的法律条文和规范设计，即在结构设计规范的要求下，将自身的结构设计方案贯穿于项目设计中。但是目前的我国的相关的文件还不是很完善，对于一些大的工程的涵盖面不够广，一些小的施工的细节也没有明确的规定，甚至一些硬性的条文已经不适合当代的设计标准等等，这些问题的存在就对设计师提出了更高层次的要求。设计师要在实践的经验和专业技能的基础上，事前对所设计的房屋等所有的相关设施进行实际的勘探，经过所有数据的汇总分析和规划，最后结合多方的意见和建议最终制定合理规范的结构优化设计方案。

（2）结构工程师前期参与和主动参与的重要性

强调结构工程前期参与和主动参与是实施结构优化技术的重中之重。理论的设计与实践的建筑施工是存在差别的，部分好的设计理念在实际的建设过程中是难以实现的，所以这就要求设计师不但在设计方面具有独特的构思和先进的理念，还要对相关的建筑的实施方面的知识有所了解，在设计的同时兼顾施工的实际，寻求二者的均衡点。设计师要主动地参与到整个设计当中，而不是被动因为任务的完成而去完成，要站在用户的角度和施工单位的角度，以主人翁的地位全心的投入其中。

（3）加强各专业之间的协调与合作

结构优化是一个系统的工作，需其它专业的协调与配合。从建筑学发展角度分析，现代建筑是建筑、结构、设备三大要素构成的综合产品，所以在实施中要强化分工与合作，强化专业之间的协调与合作，这样才能创作出各构成要素有机结合的完美作品。在整个项目开展中，建筑设计与结构设计是整个设计过程中最重要的两个环节，二者的结合不仅能够达到实用美观大方的效果，而且可以使结构受力更趋于合理进而降低成本和简化施工。现在的相当大的一部分在完全意义上来讲并不算是合格的设计师，为了追求新颖的设计，迎合用户的大、高、奇的虚荣心理，完全不顾施工的难度，以及现有的施工技术和设备支撑，设计理念难以在实践的建设中实现，或者施工的难度相当的大；也有一部分的设计师只顾片面的美观的视觉效果，忽视了建筑的安全性能，在防雷等一系列的安全措施当中的防范不够强，甚至没有达到基本的最低指标。这样的设计师一种违背专业道德的不负责任的设计。

三、结构设计优化技术的应用

结构设计优化方法应用于实践之中，是目前一个比较广泛的课题，利用结构优化的方法在不改变适用性能的前提下达到降低工程造价的目的。结构设计优化设计应用于项目的整体设计、前期设计，旧房改造，抗震设计等设计的各分部环节，发挥着巨大的效益。在按照结构设计优化的方法及模型进行实践的过程中，要注意下面的几个问题。

1、结构设计优化应注意前期参与

因为前期方案的确定直接影响建筑的总投资，而现在存在的普遍问题就是前期方案阶段结构设计并不进行参与，建筑师进行建筑设计时大多并不考虑结构的合理性以及它的可行性，但是建筑设计的结果却直接对结构设计造成影响，某些方案可能会增加结构设计的难度，并使得建筑的总投资提高。如果在方案的初期，结构优化设计就能参与进来，那么我们就能针对不同的建筑类别，选择合理的结构形式，合理的设计方案，获得一个良好的开端。

2、概念设计结合细部结构设计优化

概念设计应用于没有具体数值量化的情况，例如地震设防烈度，因为它的不确定性，计算式难免与现实有较大的差异，在进行设计的时候就要采用概念设计的方法，把数值作为辅助和参考的依据。设计过程中需要设计人员灵活的运用结构设计优化的方法，达到最佳的效果。

与宏观把握相对应的，设计的过程同时要注意对于细部的结构设计优化，比如现浇板中的异形板拐角处易出现裂缝，可划分为矩形板。注意钢筋的选择，I级钢和冷轧带肋钢市场价格差不多，但是他们的极限抗拉力却相差很大，所以在塑性满足要求的情况下，现浇板的受力钢筋就可选择冷轧带肋钢筋。在做里面设计的时候，外立面上的悬挑板及配筋，满足基本的规范要求即可，达到既安全又经济的目的。

3、下部地基基础结构设计优化

地基基础的结构设计优化首先要选择合适的方案，如果为桩基础，那么要根据现场地质条件选择桩基类型，尽量节省造价。桩端持力层对灌注桩桩长的选择影响很大，应多进行比较以确定最合适的方案。

结束语

随着人们对于居住条件及生活环境的要求不断提高，相应建筑产品的品质要求也就不断提高，为了降低项目工程造价，这就需要我们利用结构设计优化设计技术方法，提高有限空间、有限资源的最大化效果发挥，实现经济化、实用性和适用性的良好目标。

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