试析结构设计优化在建筑设计中的应用

【摘 要】 一个建筑要达到精美的效果，设计师需要把其美观设计与结构设计紧密结合起来。在建筑设计中，要采取适用、经济、安全、便于施工和美观这五种效果措施。建筑设计中，应用结构优化设计方法可以满足这一要求，保证建筑美观、造型优美，同时又能够便于房屋的施工，使房屋安全、经济、适用。在进行建筑设计的实践过程中，应加强实践探索，降低经济成本，以达到经济效益的最大化，从而在保证经节约经济成本和达到美观要求的情况下合理进行结构设计。

【关键词】 结构设计优化；建筑设计应用

传统的结构优化设计，实际上指的是结构分析，其过程大致是假设-分析-校核-重新设计。重新设计的目的也是要选择一个合理的方案，但它只属分析的范畴；且只能凭设计者的经验作很少几次重复以通过“校核”为满足。结构优化指的是结构综合，其过程大致可归纳为：假定-分析-搜索-最优设计四个阶段。其中的搜索过程是修改并优化的过程。它首先判断设计方案是否达到最优（包括满足各种给定的条件），如若不是，则按某种规则进行修改，以求逐步达到预定的最优指标。[7]

一、结构设计优化方法的理论基础

在工程项目结构设计过程中，需要认真考虑的问题有很多，最终要实现的目的是需要在设计对象基本适用功能和安全可靠性有一定保障的基础上，更好地设计设计对象，使其达到最佳效果。在此基础上，工程和结构最优化的问题就必须要引起重视。

从建筑理论上分析结构设计优化方法可以得知，结构设计优化方法主要体现在两个方面，其一是房屋工程部分结构的优化设计，其二是房屋工程结构总体的优化设计。后者的优化设计包括：屋盖系统方案的优化设计、围护结构方案的优化设计和结构细部设计的优化设计。穿插其中的，还包含选型、布置、受力分析、造价分析等项目，在实施过程中，应遵循一定的原则，结合具体工程的实际情况，从实际出发，围绕房屋建筑的综合经济效益目标进行结构优化设计。

在设计安全被保证的情况下，建筑师应开拓创新，挑战新的结构形式。在建筑结构设计的过程中，建筑师的设计意图应能够得到基本满足，应设置尽量符合规则的平面布局，使其对称；同时缩小质量中心和刚度中心的差异，使建筑物在水平荷载作用下不致于产生太大的扭转效应。在竖直方向的布置上，应确保在满足功能要求的情况下，尽最大可能贯通竖向的承重构件；为使结构分析和设计上的难度不致于太大，减少不必要的经济浪费，使应力分散，转化层应尽可能少地使用；竖直方向的刚度要渐变，而不要突变，如若不然，在水平荷载作用下，突变处会产生严重的应力集中现象，这是非常不利于结构抵抗水平动力荷载的。

二、优化的结构设计技术在实践中的应用

在优化结构设计方案设计好以后，就可以在实践中融入这种理论方法。当前，结构设计优化属于一个较为普遍的课题，在能够充分利用结构优化方法而且其适用性能不出现改变的基础上，使工程造价目的得以实现，在实践中充分地运用结构设计优化方法，对于我国建筑工程设计人员而言，是很有必要的，也是很重要的。结构设计优化设计在项目的整体设计、前期设计、旧房改造以及抗震设计等环节中，能够产生巨大的效益。在结合结构设计优化方法以及模型的基础进行实践，一定要注意一下三方面的问题：在结构设计优化的前期工作中积极参与，优化概念设计和细部结构设计，对下部的地基基础结构设计进行优化。下面就针对这三方面开展进一步的分析和讨论：

1.在结构设计优化的前期工作中积极参与

由于前期方案的确定与建筑的总投资之间有着直接的关系，而现在存在的普遍问题就是前期方案阶段结构设计并不参与其中，建筑师在实施建筑设计的时候，通常情况下都不对结构的合理性以及其可行性进行充分地考虑和分析，但是建筑设计的结果对于结构设计而言，能够产生直接影响，有一些方案可能会使结构设计的难度有所增加，在此基础上会使建筑的总投资得以提升。若是在方案初期，结构优化设计就能够参与到其中，那么我们就能够依据不同的建筑类别，将合理的结构形式和合理的设计方案选择出来，从而有一个好的开始。

2.优化概念设计和细部结构设计

针对那些没有具体数值量化的情况，概念设计是最佳的选择，例如，地震防烈度的设置，由于它具有一定的不确定性，计算式与现实之间难免会存在一定的差距，在设计过程中，概念设计的方法是比较适用的，将数值作为辅助参考资料。在设计过程中，设计人员需要能够对结构设计优化的方法灵活充分地运用，从而达到最佳效果。

3.对下部的地基基础结构设计的优化

在地基基础结构设计优化过程中，合适方案的选择是很重要的，若是桩基础，那么就需要与现场地质条件相结合，将桩基类型合理地选择出来，使造价得到最大程度地节省。桩端持力层会对灌注桩桩长的选择产生一定的影响，在这种情况下，应该多比较，最终确定最佳方案。

例如：某中学艺体馆，三层22m跨大梁采用后张有粘接预应力新技术，解决了跨度大、荷载大的问题；梁截面400*1500mm，选用后张有粘接部分预应力混凝土梁，预应力钢筋

3-7∮5，利用荷载平衡法平衡恒载+1/4活载，以保证在无荷载时不至于反拱过大。

三、结论

对结构设计优化的技术方法进行充分有效地利用，可以使有限的空间、有限的资源得到一定程度的提升，从而使其的效果得到最大化的发挥，在此基础上，经济化、实用性以及适用性的目标得到有效实现。在这种情况下，建筑产品的品质要求实现了不断提升，从而使人，们对居住条件以及生活环境的要求得以实现，与此同时，建筑商满足顾客需求的手段也实现不断更新的目的，最终使建筑工程造价成本的目标得到有效地降低。

参考文献

[1] 卢亦焱，黄银燊，唐红.房屋加层外套框架结构方案的优化设计[J].哈尔滨工业大学学报. 2009（04）

[2] 马臣杰，张良平，范重.优化技术在深圳京基金融中心中的应用[J].建筑结构. 2009（S1）

[3] 张红友.优化结构设计 减少建设投资成本[J].陕西建筑. 2008（11）

[4] 肖伟.通过结构优化设计提高房屋抗震性能[J].福建建筑. 2008（11）

[5] 姚琦泓.概念设计在建筑结构设计中的应用[J].商品储运与养护. 2008（06）

[6] 张丽莉.浅谈提高建筑结构设计质量的措施[J].中国城市经济. 2011（01）

[7] 百度百科.结构优化设计