結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化技術(shù)及其在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用

馬巒

摘 要：在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計技術(shù)起到了至關(guān)重要的作用，采取合理的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計不僅僅可以節(jié)省大量的建筑結(jié)構(gòu)空間設(shè)計，更加可以節(jié)省大量的資金，創(chuàng)造更多的經(jīng)濟價值，在結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計中，應(yīng)用現(xiàn)代化的科技手段，構(gòu)建合理的建筑設(shè)計方案，進而達到經(jīng)濟適用的目的。文章主要針對結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用進行簡要的分析與總結(jié)，并對其存在的問題提出相應(yīng)的解決措施，僅供參考。

關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)設(shè)計；建筑結(jié)構(gòu)；優(yōu)化技術(shù)

1 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要性

隨著經(jīng)濟建設(shè)的不斷變化與發(fā)展，人們對于建筑行業(yè)的逐漸重視，新的技術(shù)以及理念也在不斷地被應(yīng)用于其中，計算機技術(shù)的普及引起了建筑行業(yè)新的變革與發(fā)展。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計就是采取先進的設(shè)計手段及理念，在有限的空間范圍內(nèi)進行完整的、合理的優(yōu)化設(shè)計，將使用空間最大化，同時還要特別注意結(jié)構(gòu)設(shè)計與構(gòu)件之間，結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)之間的空間布局。這也是檢驗建筑結(jié)構(gòu)工程師是否合格的重要標準之一。工程師建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的重點不僅僅體現(xiàn)在設(shè)計理念上，而且對于其結(jié)構(gòu)設(shè)計的經(jīng)驗總結(jié)也是極其重要的，隨著計算機的發(fā)展，對于工程師的設(shè)計手段又提出了新的標準與要求，建筑工程設(shè)計師不僅僅要掌握專業(yè)的設(shè)計理念，同時還要掌握基本的計算機技能，將設(shè)計理念與計算機技術(shù)相結(jié)合使其更上升一個合理的高度，此時設(shè)計理念就尤其的重要，在整個建筑結(jié)構(gòu)中必須完全的充分體現(xiàn)出來。

2 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法的應(yīng)用及實踐價值

2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法的應(yīng)用

結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化主要體現(xiàn)在房屋工程總體設(shè)計以及局部設(shè)計當(dāng)中，在房屋建設(shè)分布設(shè)計中，結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化技術(shù)起到了至關(guān)重要的作用，對于結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)方案的優(yōu)化、房屋建設(shè)的優(yōu)化、圍護方案的優(yōu)化、結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化等一些列優(yōu)化設(shè)計都離不開結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的整體布局與設(shè)計，在整個優(yōu)化過程中，還要結(jié)合具體的實際工程情況，進行合理的分析與總結(jié)，將其設(shè)計優(yōu)化的整理理念可以充分體現(xiàn)在建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計中，在滿足相關(guān)規(guī)定的前提下，進行經(jīng)濟效益的結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化，進而達到節(jié)約經(jīng)濟的目的。

2.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法的實踐價值

在進行結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的過程中，必須從其長遠的利益出發(fā)，將其結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性完全的在整體建筑結(jié)構(gòu)中有所體現(xiàn)。不能只顧眼前的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計所產(chǎn)生的經(jīng)濟效益，這樣很容易導(dǎo)致在使用中，隨著時間的累積而將導(dǎo)致嚴重的經(jīng)濟失衡。在傳統(tǒng)的設(shè)計理念里，采用其結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化可以使建筑工程造價的成本降低至5%～30%左右。然在結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計中，利用材料的性能可以有效的將其建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化的各個部門得到很好的協(xié)調(diào)，在滿足建筑規(guī)范的前提下，達到“適用、安全、經(jīng)濟”的目的。

3 民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計與經(jīng)濟性的關(guān)系

3.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計與用地的關(guān)系

隨著經(jīng)濟的不斷變化與發(fā)展，建筑行業(yè)的發(fā)展也得到了突飛猛進的發(fā)展，尤其是近年來高層的廣泛出現(xiàn)，更是緩解了城市用地的緊張情況。結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化更是完善了高層建筑的設(shè)計要求及標準，房屋總體高度的不斷增加，進而使房屋間的距離也在不斷的加大。因此，用地的使用面積并不是隨著層數(shù)的逐漸增加而相應(yīng)的減少。

3.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計與造價的關(guān)系

建筑層數(shù)對單位建筑面積造價有直接影響，但影響程度對各分部結(jié)構(gòu)卻是不同的。屋蓋部分，不管層數(shù)多少，都共用一個屋蓋，并不因?qū)訑?shù)增加而使屋蓋的投資增加。因此，屋蓋部分的單位面積造價隨層數(shù)增加而明顯下降?；A(chǔ)部分，各層共用基礎(chǔ)，隨著層數(shù)增加，基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的荷載加大，必須加大基礎(chǔ)的承載力，雖然基礎(chǔ)部分的單位面積造價隨層數(shù)增加而有所降低，但不如屋蓋那樣顯著。承重結(jié)構(gòu)，如墻、柱、梁等，隨層數(shù)增加而要增強承載能力和抗震能力，這些分部結(jié)構(gòu)的單位建筑造價將有所提高。

3.3 高層住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計與經(jīng)濟性的關(guān)系

住宅的層高直接影響住宅的造價，因為層高增加，墻體面積和柱體積增加，并增加結(jié)構(gòu)的自重，會增加基礎(chǔ)和柱的承載力，并使水衛(wèi)和電氣的管線加長。降低層高，可節(jié)省材料、節(jié)約能源，有利于抗震，節(jié)省造價。同時，除降低層高可以減少住宅建筑總高度，縮小建筑之間的日照距離，所以降低層高能也取得節(jié)約用地的效果。

在相同建筑面積時，住宅建筑平面形狀不同，住宅的外墻周長系數(shù)也不相同。顯然平面形狀越接近方形或圓形，外墻周長系數(shù)越小，外墻砌體、基礎(chǔ)、內(nèi)外表面裝修等也隨之減少，并且受力性能好，造價會降低?？紤]到住宅的使用功能和方便性，通常單體住宅建筑的平面形狀多為矩形。

4 結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用

4.1 直覺優(yōu)化（概念設(shè)計優(yōu)化）技術(shù)與建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計

對于同一建筑方案，可以有許多不同的結(jié)構(gòu)布置設(shè)計；確定了結(jié)構(gòu)布置的建筑物，即使在同種荷載情況下也存在不同的分析方法；分析過程中設(shè)計參數(shù)、材料、荷載的取值也不是惟一的：建筑物細部的處理更是不盡相同，這些問題是計算機無法完全解決的，都需要設(shè)計人員自己作出判斷。而判斷只能在結(jié)構(gòu)設(shè)計的一般規(guī)律指導(dǎo)下，根據(jù)工程實踐經(jīng)驗進行，這便是前面所說的概念設(shè)計。因此，概念設(shè)計存在于設(shè)計師對多種備選方案進行選擇的過程中。

4.2 概念設(shè)計處理的實際建筑設(shè)計問題

在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，很多外在因素是難以控制的，尤其是地震這種破壞力極強的自然災(zāi)害，對于建筑結(jié)構(gòu)來說，破壞性是不可估計的。故此，在進行實際建筑設(shè)計時，必須充分考慮其建筑結(jié)構(gòu)的地質(zhì)特征，采用概念處理的原則進行合理的規(guī)劃設(shè)計，將其存在的危險因素降至最低。在進行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時，要充分考慮抗震性能的重要性，分析其建筑階段所受到的各種危險因素，采取合理的技術(shù)手段，在建筑施工中注意剛度均勻、對稱的重要性，同時還可以采取延性的設(shè)計原則，它可以有效的防止建筑結(jié)構(gòu)在地震發(fā)生時所產(chǎn)生的突發(fā)性破壞力，同時還能有效的減少地震的部分壓力，消耗一定的能力，減少破壞。

5 結(jié)束語

建筑是凝固的藝術(shù)，建筑師總是希望通過建筑物表達自己的設(shè)計意圖，力求藝術(shù)性和實用性的完美結(jié)合。結(jié)構(gòu)師在保證安全性的前提下，當(dāng)然應(yīng)該敢于挑戰(zhàn)新的結(jié)構(gòu)形式，使建筑師的意圖得以實現(xiàn)。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中，在基本滿足建筑師設(shè)計意圖的基礎(chǔ)上，平面布置應(yīng)盡量規(guī)則，對稱，盡量縮小質(zhì)量中心和剛度中心的差異；使建筑物在水平荷載作用下不致產(chǎn)生太大的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。豎向布置上，在滿足功能要求的前提下，盡量使豎向承重構(gòu)件上下貫通；能不使用轉(zhuǎn)換層的就應(yīng)避免使用，以減小結(jié)構(gòu)分析和設(shè)計上的困難，另外也不經(jīng)濟，還容易造成應(yīng)力集中；豎向剛度最好不要突變，而要漸變，否則突變處在水平荷載作用下會出現(xiàn)嚴重的應(yīng)力集中現(xiàn)象，這對結(jié)構(gòu)抵抗水平動力荷載是十分不利的。

參考文獻

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