杨威威

摘要：对于建筑结构设计优化来说，其在建筑结构设计中极为重要，因为合理的选择结构的设计方案不仅能够到达相应的技术要求，还能够减少经济上的消耗。本文主要探讨了建筑结构的优化设计，希望能对建筑结构的安全性、可靠性提供参考和借鉴。

关键词：建筑结构；优化设计；目的；现实意义；理论体现

引言：随着我国社会经济的高速增长，城市化进程进一步加快，高层建筑城市建设当中所占的比例越来越大，而建筑结构设计方面的变化也越来越多，很多新兴的结构设计方案以迅猛的速度呈现在我们的城市建设中。然而，建筑结构设计优化是一个极为复杂且综合性比较强的系统性问题，所以我们必须加大对建筑结构设计优化方法进行深入的研究。

一、建筑结构设计的优化目的

建筑物除了其本身的使用功能外，其外形设计也能够让人们赏心悦目的欣赏。所以建筑师在设计建筑物的时候，不仅仅要考虑到建筑物的使用功能，还要考虑到建筑物的外形设计。这就要求结构设计和建筑的施工技术能够相互协调、配合。在进行建筑结构设计的时候，其主要目标是安全、适用、经济、美观和施工简单。

建筑结构优化设计，就是在原有的建筑物工程结构满足施工约束条件下，按照预设的目标寻找出最适合、最经济的施工方案的设计方法。优化建筑结构设计不仅可以满足人们对于建筑外形的美观要求，还可以令建筑结构设计满足经济适用建筑的条件，例如令建筑物的设计变得合理、提高建筑物的安全性能、降低建筑物的施工成本等等。一般来说，优化建筑结构设计的主要内容主要是优化建筑物工程的总体结构和建筑物工程的部分结构。

二、结构设计优化的现实意义

1、降低工程总造价。在进行结构优化设计时，高层与多层住宅相比，层数明显更多，这样总建筑面积也就增大了，单位建筑面积占用的土地面积就越小，从而节约了用地成本，但建筑层数的增多，建筑物的总高度也会加大，这就需要增大楼与楼之间的间距，这时所占土地量的节约就与建筑层数增加不成比例了，因此合理计算单位占地面积在降低总成本中显得更为重要。另外，在高层中一栋楼只有一个屋盖，这并不会因为层数的增加而改变，所以它的成本会有比较明显的下降。

2、提高建筑物结构性能的经济性。由于建筑物层数的增加，使得墙体面积和柱体积总面积有所增加，结构的自重会有所增加，这样基础部分和柱的承载力也会相应地增加，水、电、暖的管线就会加长；相反如果降低层数，就可以节省材料，提高抗震能力，同时由于建筑的总高度有所减小，两建筑之间的日照距离也会减小，这样就间接地节约了用地。在建筑面积相同，建筑物采用不同形状的平面时，它们外墙的周长也不相同，这样当选择圆形或是越接近方形时，外墙周长系数是越小的，从而使得基础部分、外墙砌体、内外装修表面都会随之减少，同时其受力性能也将得到大大的提高，也就增加了建筑的经济性。

三、结构设计优化方法的理论体现

结构设计优化方法从建筑理论上分析，具体体现在房屋工程分部结构的优化设计和房屋工程结构总体的优化设计两方面。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，还应该按照一切从实际出发的原则，结合具体工程的实际情况，围绕房屋建筑的综合经济效益的目标进行结构优化设计。

建筑师在保证设计安全的前提下，應该敢于挑战新的结构形式。在建筑结构设计的过程中，在基本满足建筑师设计意图的基础上，平面布置应尽量规则，对称，尽量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产生太大的扭转效应。竖向布置上，在满足功能要求的前提下，尽量使竖向承重构件上下贯通；能不使用转换层的就应避免使用，以减小结构分析和设计上的困难，另外也不经济，还容易造成应力集中；竖向刚度最好不要突变，而要渐变，否则突变处在水平荷载作用下会出现严重的应力集中现象，这对结构抵抗水平动力荷载是十分不利的。

四、建筑结构设计中优化设计的技术方法

1、合理选择计算方法。房屋结构设计中会应用到较多计算程序，而建筑结构优化的过程，则属于建筑工程复杂变量、约束性条件及其他设计条件的计算过程。在进行数据验算过程中，多将约束性条件进行转变，设置为不附带约束条件问题，从而确保计算精度，减少计算时间。如该工程筏基础优化数学模型为：

Min A=F（XAi，YAj）

S、T，P≤f

Pmax≤1.2f

其中，XAi与YAj代表自变量，p代表基础底面平均压力设计值，f代表地基承载力设计值，采取渐进搜索法进行模型求解，实现结构优化。

2、对基础结构的优化设计。基础结构在整个工程工期的1/4左右，并且基础造价也占到总造价的10%-20%，所以基础工程结构的重要性也是显而易见的。而且基础结构工程的造价还与地质条件是密切相关的，设计时对地质勘探报告要求也是极高，选择合理的基础形式、控制好基础的截面尺寸和埋深，能相对减少基础结构在总工程造价中的费用。

3、材料优化设计。建筑结构在材料方面的优化就是使建筑材料最充分的利用，对材料的选择很关键，选择合适的材料既能够满足使用的功能，又能提高房屋建筑质量，当然还能最大化地降低成本，节省更多资源。所以要求在材料采购选择时一定要对所需的材料性质、各项质量指标熟悉了解，购买时本着经济实用的原则。材料也要方便施工，保证施工安全易操作。钢筋是建筑时最重要的材料之一，在选择时大部分的设计人员都会强化着眼于钢筋的配置计算上，很容易忽视钢筋的种类。现在市场中钢筋的种类很多，所以好的优化设计方案应该是在满足设计承载力要求的前提下，选择适合的钢筋种类和数量，这样就能很大程度上降低资金投入。

4、柱网布局和柱子截面的优化设计。柱网布局决定柱子的开间和跨度（纵向或横向相邻的两个柱子的间的距离），柱网的尺寸一般来说在6到12米之间，如果柱距小那么其传力路线就短，上部结构的材料就能节省，但是这可能使基础费用偏高，所以说柱网布局是否合理，对工程的造价有很大的影响。

5、排水结构协调优化。在工程建设中建筑的给排水专用房里面往往会有很多机械设备，这样会加大其负荷量，因此需要尽量把水泵安置于地下室中。值得注意的是排水房间中的管道数量较多，且大小不一、粗细不同，所以要在楼板上加固穿孔位，预留符合标准的孔洞，尽量不要设置会影响水平方向管线贯穿柱和建筑梁结构的孔洞。

五、结束语

结构设计没有绝对最佳的标准模式，只有通过不断地探索、比较，才能寻求最优的结构设计。因此我们每一个结构工程师应秉持不断追求尽善尽美的设计思想，采用新的技术，设计合理的优化方案，保证房屋建设的安全经济，设计出更好的建筑。

参考文献

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