浅析建筑结构设计优化，提高结构设计质量

2021-01-15杨阳华东建筑设计研究院有限公司安徽分公司

环球市场 2021年25期

杨阳华东建筑设计研究院有限公司安徽分公司

随着经济的继续发展和人口的增加，人民的生活水平也在不断的提高，建筑业在许多方面受条件的影响也取得了很大进展。然而，一些建筑企业的开发商不负责任，总是想着低投资高回报，这也就导致了施工中使用的材料质量不达标，从而降低了总体质量和工期，这也带来了重大的安全风险，一些专家在体系结构设计初期就提出了体系结构设计的优化方法，体系结构经过优化，可以为开发人员和建筑工人提供参考。

在对建筑整体进行结构优化时，包括有很多优化方法。不限于设计本身，还包括与建筑各方面相关的问题。比如，如何提高建筑整体的舒适度，整体使用空间，增加建筑整体利润。从整体上优化建筑的整体结构意味着宏观结果的结合。与“结构分析”相比，结构优化应综合环境因素、建筑结构的要求和限制等各种因素。并在此基础上形成理想的方案。因此，结构优化是一项比结构分析更加复杂和困难的任务。

一、建筑结构优化的含义

优化设计的主要目的是满足特定条件下的特定要求，优化特定建筑设计指标，从而实现最佳设计方法。建筑优化项目，即在所有现有方案和做法中选择最佳设计方法以满足特定目标的具体要求：

在传统的意义上对建筑的结构进行设计，主要包括有假设，分析，检验以及在设计。等过程。首先是由工作人员根据以往的工作经验来假定一个可行的设计方案，然后再通过工程力学的计算方法对该方案进行结果分析，其主要目的就是检测该方案是否可行，同时其某一方面是否能够满足要求，如果该方案切实可行，就可以将其直接作为可用方案。同时也可以针对现有的方案进行比较分析从中获得更为切实可行的方案，这种设计方法有一些缺点，只有根据设计者的经验，经过几次反复计算，才能满足审核要求。

然而，结构优化的设计更加广泛和重要。建筑结构的优化设计是指对结构的完整分析。该过程包括做出假设、分析假设、找到最优解以及完成优化设计。最重要的是搜索过程，也就是修改优化的过程。首先要做的是确定当前的设计是否是最佳的，包括针对特定的条件。如果不是这样，则修改一些规则，以达到最佳指标的目的。建筑结构优化的设计主要包括从许多可用的选项和实践中进行选择，即那些消耗最少材料和投入的选项和实践，或者那些最适合其他指标的选项和实践。随着优化结果的参与，工程结构的设计从“分析+验证”转变为“综合+优化”。这一进展对于提高经济效率和技术结构的运作十分重要。

二、建筑结构优化的意义

（1）建筑工程中，大部分投资费用用于常用建筑材料，如钢、混凝土等。这相当于总成本的50%以上的统计数据。但是，一旦建筑结构得到优化，这部分费用将减少约20%。更重要的是，这些投资本质上是风险性的。因此，优化建筑结构可以减少投资，提高投资者的盈利能力和资本收益发展。

（2）国内设计单元在各个层面，设计者的想法有限，难以保证设计工作的质量，从而导致到处停工返工的现象，在此期间，国内的一些设计公司单位进行了不具备成熟的优化设计，其设计思路保守，浪费资源。建筑结构的优化设计可以帮助设计师提高设计质量，最大限度地减少不必要的设计缺陷和施工风险，从而获得高质量的建筑。而且，这种做法也符合创建集约型国家的目标和宗旨。

（3）加强国内宏观调控，建筑业原材料价格上涨，建筑业利润逐渐减少，节约已成为公司的重要手段。此时，从内部入手，挖掘潜力，节约成本，已经成为企业创造丰收的重要手段。优化建筑设计可以帮助公司实现这一目标，优化设计可以科学合理地节约成本，提高企业盈利能力，最终实现公司的长远发展。

三、建筑结构优化的内容

（1）改进剪力墙的设计，剪力墙计的关键是连梁的设计，连梁的形成是通过连接单个墙肢而形成的，这也就增加了对墙肢的限制。如果连梁的抗剪阻力太大，结构的地震效应会相应地增加，施加在连梁和墙肢上的内部张力也相应地增加。因此，构件和接头的数量就需要相应的得到增加，这就导致了材料严重浪费等情况的发生。在设计房屋结构时，设计师不能考虑窗下的墙作为连梁，相反，还需要将连梁设计成刚度小、截面小的弱梁。结果表明，切割墙越多，对结构侧面的阻力越大，结构位移就越小。但问题是结构的地震力会相对的增加，这对成本的控制有着严重的影响。因此，剪力墙必须均匀、对称且分散。将切割墙的数量降至规定的水平位移限值以下。

（2）加强建筑物抗震性能的优化方法。增加建筑物的抗震防御，建筑抗震体系中，单个抗震体系应包含多个具有延性较好的子系统，且具有良好的延性构件应协同工作。结构构件的强度和强度之间的关系必须妥善处理。同一楼层中的关键元件会发生屈服，而其他的抗侧力构件则维持在弹性阶段，以维持长期的有效屈服，并可确保结构的密度及稳定性。注意整个建筑的结构强度分布。如果一个零件的结构设计非常强，则其他零件可能会很弱。因此，在结构设计中，应谨慎地仅验证特定部分或更改抗侧力方法，而不要更改较小的构件。在基于建筑性能的设计过程中，应根据实际需要和可能的情况优化整个结构、组件或关键组件，以优化整体性能的设计方案。

（3）观察结构静态分析方法的优化。建筑结构分析有多种方法，包括动态弹性分析、弹性静态分析、动态弹性塑胶分析和静态塑胶分析。通常，弹性方法可以计算建筑结构的变形和内力，而框架梁和连接梁可以考虑重新分配由塑性变形引起的内部硬度。确定结构计算模型的方法必须由结构的实际情况决定，但基本上在选择分析模型时，必须准确地反映结构构件的受力状态。对于建筑结构分析，可以选择计算分析模型，例如空间碗系统、平面结构空间、条形墙板空间单位、条形壁空间碗系统来进行全局计算。在结构设计中，将有设计者采取这些措施，将小跨高比的梁、连梁等构件作为空间杆件模型，非常不合理。因此，对于某些不符合系统要求的构件，可以在设计中使用有限元分析方法来帮助分析。同时，在计算模型时，无法模拟某些复杂元件的节点，此时也可以使用有限元分析来分析节点。