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建筑结构设计优化方法在建筑结构设计中的应用研究陈习子

发表时间：2020/6/15 来源：《基层建设》2020年第6期作者：陈习子

[导读] 摘要：人们的生活质量以及生活水平在不断提高的同时，对于建筑物也有着更高的需求。

        广州市弘基市政建筑设计院有限公司 511450
        摘要：人们的生活质量以及生活水平在不断提高的同时，对于建筑物也有着更高的需求。因此建筑结构优化设计这一工作领域应运而生。而施工单位在房屋建筑设计过程中，需要进一步的改善并且有效的优化建设过程中的资源分配，从而更进一步的提高资源的利用率，同时在建筑结构设计过程中，还需要从人们的需求出发，做好建筑结构优化工作。而本文针对于如今建筑领域当中房屋建筑结构优化设计的内容，更进一步的讨论建筑结构优化设计在建筑结构设计中的具体应用。
        关键词：建筑结构；优化设计；建筑结构设计；应用
        引言
        建筑工程结构设计工作需要从多个方面进行统筹考虑。总的来说，结构设计在整个建筑工程设计中应做到：早参与早介入，多分析多比较，重事实保落地，抓大不放小。具体的结构设计优化过程，可采用从主体结构方案选型、基础设计方案选型、结构设计细节优化等反面着手。以保证结构设计的安全、适用、经济、合理。从建筑方案设计阶段即参与其中，有利于结构方案的合理选型，避免后续设计过程中因结构方案难以实现或成本过高，导致对建筑方案的颠覆性调整。
        1、优化方法
        数字计算优化，对结构设计进行优化时，经常和非线性数据直接或间接相关，这些数据包含很多不同的限制条件和变量。优化中，时常需要使用符号型法与拉氏乘子法，把那些限制性条件转变为无限制的条件，使计算的过程得以简化，再按照相应的运算程序，即可获取最佳方式，达到预期设计目标。
        2、建筑结构设计优化方法的概述
        建筑结构设计优化方法是指采用科学合理的设计理念，从理论和经验上对建筑结构设计进行优化，在满足房屋基本功能的基础上，综合审美学、艺术学和设计学等多种领域，展现房屋的美观，完成房屋的设计方案，使得最后设计出来的房屋能够达到最优的效果。建筑结构优化主要包含整体的优化和内部细节的优化两部分 [1]。在进行整体的优化时，不仅要考虑建筑物自身的特点，还要考虑周边环境，不但自身要有艺术美，还要与环境相协调。此外，在优化方法上，应着重考虑安全方向，让客户能够在房屋中安全长期的居住，不受房屋质量问题的困扰。现在随着房价的上涨，很多人追求房屋的经济性，所以在建筑结构设计优化时，在确保建筑物质量的基础上，尽可能的降低成本，为建筑企业和客户节省资本。最后建筑设计师在设计时，不仅要有认真负责的态度，还应当采用先进的建筑理念，用长远的眼光看问题，为建筑结构注入新型设计元素，使建筑物追随时代的发展，体现时代特色。
        3、建筑结构设计优化的重点
        对于结构设计的优化，重点应从以下几方面考虑。（1）在满足建筑使用功能和建筑效果的前提下，对建筑柱网布置进行合理优化。（2）对地基基础选型进行优化。（3）对上部结构选型进行优化。（4）对上部结构布置进行优化。对于以上的优化内容不是独立而无条件的，而是相互联系，需根据不同的条件做不同的优化。结构优化不是追求局部最优，而是应该追求整体最优。
        4、建筑结构优化设计在建筑结构设计中的应用
        4.1 积极参与到整个房屋建筑结构设计过程中
        在建筑结构施工过程中，应用优化设计的方法，不仅能够降低整个工程投入的时间成本，还能够使得建筑物具备更高的实用性及适用性能，因此在具体的结构优化设计过程中，还必须严格的根据模型结构，做好结构的优化设计。同时还必须依照结构优化设计的方法去进行设计，然而在建筑物的设计阶段当中，一些程序设计者们因为没有考虑到整个建筑结构设计中的现状，从而导致在设计过程中因为不了解而直接的影响到最终的设计效果。同时在某些程序运用过程中具备更高的设计难度，这就会导致设计出来的成果因为不符合现场实际的施工状况而造成返工，提高了整个建筑物总体的资金投入。

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因此想要针对于不同类型的建筑物结构进行优化设计，就需要选择合理的结构优化设计方法，从而在程序开始之前进行结构优化，获取一个良好的设计开端。
        4.2 重视细部优化
        除重视整体设计，必须考虑结构基本构件设计，例如现浇板设计，需尽可能划分矩形板块，既能满足现浇板受力要求，又可防治出现拐角裂缝。同时，在现代技术运用中，结构优化设计和计算机技术的有机结合，对于具体优化设计，在优化设计上，须考虑工程实践转化成数学问题。所以，工程设计人员应利用计算机的计算优势多方案比较进行优化设计。
        4.3 整体优化与局部优化
        对于任何结构设计，都具备层次性、复杂性特点，立足层次角度，包括了结构体系、各分部受力构件，在房屋设计过程中，设计人员必须优化每个环节。立足复杂性角度，一般包含结构类型、结构布置和原料选取。因此，针对任何房屋建筑，需优化整体结构的同时要优化各分部受力构件。达到整体最优的目的。
        4.4 在充分论证的基础上采用新技术新材料
        采用新技术、新材料是一种高效实用的结构设计优化方法。可有效的实现项目建设节能节材或节省工期。如采用高强度钢筋实现有效降低钢筋用量、通过采用减隔震措施适当降低结构抗震等级、通过采用轻质材料减少结构自重以减少水平地震力作用等。但新材料、新技术的应用应经过充分论证且注意适用条件，不可过于激进。
        4.5模型设计
        （1）选择适宜的变量，设计优化中，全体设计人员都应把握所有对方案设计有影响的参数，将其作为优化设计过程中的变量。若在优化中错误的将影响很小的参数视作变量，则不仅影响正规的结构设计，而且不利于计算编程，对优化设计也造成很大的影响。
        （2）选择正确的目标函数，在设计优化中，应计算可以满足要求的结构或构造尺寸，以及和钢筋截面积等指标有关的数学函数，以此帮助模型设计顺利完成，这是设计中的关键环节之一，正确选取函数，能简化设计过程。通过参数合理设置，在满足规范要求的同时，减少含钢量，或通过模型中假定及边界约束条件，提高整体经济性。
        （3）确定所有约束条件，保证结构安全性与可靠性是设计与优化设计前提，这就需要在实际的优化设计必须是在一定约束下进行的，并不是设计人员自由发挥的结果。而约束条件包含很多内容，如缝宽、强度、尺寸等。确定了不同的约束条件后，还应与目标约束条件实施对比与分析，确定是否满足现行规范的要求。
        5、结论
        总而言之，建筑结构设计优化是结构设计过程中必不可少的步骤。结构设计优化并不是死抠钢筋混凝土，而是让结构设计更符合实际的客观条件和受力特性，更为合理，更加美观。所有的结构设计优化不应以牺牲安全性为条件，而应以保证结构安全为基础。在此基础之上，大胆创新，细致分析，不断精进，通过结构设计优化实现结构设计的核心价值。
        参考文献：
        [1] 张道龙.浅析公路工程投标中施工组织设计的编制 [J].建材与装饰，2020（2）：235-236.
        [2] 刘红凡.房屋建筑结构设计中建筑结构优化设计方法 [J].门窗，2017（9）：115-116.
        [3] 刘肖冰.房屋建筑结构设计中的优化技术应用研究 [J].中国住宅设施，2018（11）：93–94.
        [4] 李建良.建筑结构设计优化方法在房屋结构优化设计中的应用[J].住宅与房地产，2018（12）：63.
        [5] 张真珍.探析房屋结构设计中建筑结构设计优化方法的应用[J].工程建设与设计，2018（22）：41~42.