建筑結構設計的優(yōu)化方法及應用探微

蘆勃

摘 要：建筑結構設計能夠從根本上提升建筑的可靠性，并一定程度地提升建筑的經濟性，本文主要對建筑結構設計的優(yōu)化，從其重要意義、優(yōu)化方法、應用價值等方面對其進行了簡單探討。

關鍵詞：建筑結構設計；優(yōu)化方法；應用價值

中圖分類號：TU318 文獻標識碼：A

隨著我國建筑行業(yè)的飛速發(fā)展，對建筑結構設計進行優(yōu)化也是設計人員的重要研究課題。為了解決建筑與用地面積的矛盾、建筑本身屬性的內部矛盾和理論知識與實際情況的矛盾，我們從建筑結構上進行優(yōu)化。

一、建筑結構設計優(yōu)化方法的重要意義

社會文化和經濟繁榮度的高速發(fā)展，使人類在追求建筑的居住舒適度、經濟性、美觀程度時，還追求一定的個性化，這就需要對建筑結構進行大量的設計。建筑結構的優(yōu)化主要有以下幾個重要意義：

（一）降低建筑的施工成本

對建筑結構的設計進行優(yōu)化時，在施工前考慮到了施工過程中會出現的一些問題，并提出一些有效的應對方式，縮短了問題對工期的延誤時間，提前的應對方案結合施工具體情況會使解決方案更合理高效和價格低廉；另外設計本身實施過程的花費會通過這種優(yōu)化大大降低，材料的使用、人工數量的控制、工序的先后順序，這些都會對成本造成巨大影響。例如高層的建造需要考慮地基的承受能力，需要對地基部分加大投資，如何協(xié)調底部和頂層的矛盾，加強兩者的聯(lián)系就需要用到建筑結構的優(yōu)化。

（二）提升建筑的施工質量和經濟價值

合理的結構優(yōu)化不僅能減低成本，還會對建筑整體的質量有極大地提升，提升其經濟價值。合理的建筑結構應該滿足用戶的居住或使用要求，并具有美觀的特性，最重要的要符合國家標準，適應當地的具體環(huán)境。在進行設計時，就需要設計人員對這些因素進行綜合考慮。例如對水電管進行優(yōu)化、對建筑的上層部分進行美觀化，就分別從經濟價值和美觀程度對建筑結構進行了優(yōu)化。

二、建筑結構設計的優(yōu)化方法

建筑結構設計是一個龐大的設計，在設計時我們需要將其進行細化，分部分進行設計，并注意各個部分的聯(lián)系，在設計時加強各部分的交流，增強建筑的整體性。結構設計的優(yōu)化過程一般分為以下部分：

（一）概念設計優(yōu)化

建筑結構概念設計就是設計人員結合自身的理論知識和具體設計方案要求、施工環(huán)境對建筑結構進行設計，在設計時要考慮到很多非唯一數值和不預測、不可抵抗因素。例如在對建筑進行設計時，需要考慮它的抗震性能。地震的發(fā)生不能通過預測而進行針對性的設計，所以在設計時，對每一個建筑都要加強其抗震性能，在一些地震多發(fā)地帶尤其要注意建筑的抗震性能，對這些因素進行設計優(yōu)化就是概念設計優(yōu)化。

（二）模型設計優(yōu)化

在進行設計概念的優(yōu)化后，對于模型的建造也要進行優(yōu)化。第一點，在選取設計變量時，需要選取變化量較少且整體含量較少但基本的數值作為參考標準，這一優(yōu)化降低了設計難度，增強了設計可靠性；第二點對于聯(lián)系較大的因素建立對應函數對建筑結構進行設計分析，目的在于降低施工成本，減低設計出錯概率，這一優(yōu)化對于建筑的整體性進行了加強，并減少了設計工作量和施工工作量；第三點是衡量結構的工作條件，建筑的工作環(huán)境往往復雜且多變，對于具體的施工項目需要考慮建筑結構的穩(wěn)定性、各部位的受力限制、整體結構的剛性以及各個單元的可塑性和規(guī)格等多個方面，這就需要設計者考慮建筑的使用環(huán)境和施工環(huán)境，對結構和約束條件進行分析，從而優(yōu)化整體設計。這一優(yōu)化極大地提升了建筑結構的合理性、可靠性和穩(wěn)定性。

（三）數據算法、函數關系的選擇

在對建筑結構進行設計時，需要選取合適的計算方法對數據進行處理分析，合理的函數關系減少設計量。這就要對計算進行精簡，提升函數的科學性和實際應用價值。

三、建筑結構設計的優(yōu)化內容

在對建筑結構進行設計優(yōu)化時，主要從以下幾方面進行綜合考慮，優(yōu)化設計內容：

（一）提升建筑的使用壽命

使用期限是建筑的一個重要元素，這就需要設計者對施工環(huán)節(jié)的每一個步驟進行優(yōu)化，對建筑結構的科學性進行加強提升，并結合其經濟性在一定限度內提升建筑的使用壽命。

（二）協(xié)調建筑結構的局部和整體的關系

對龐大的建筑結構設計進行分層、分部分設計能夠提升設計效率。對于各個層和各個不同部位的關系要進行深入分析，協(xié)調好局部之間的關系才能提升整體的可靠性。對不同部分進行設計時，除了考慮其使用要求和施工難易度外，還需要與其他各個關聯(lián)部分進行綜合考慮。局部的簡單拼湊會使整體結構不科學，只有將其有機結合才能成就一個優(yōu)良的整體建筑結構。

（三）優(yōu)化建筑結構的整體協(xié)調性

除了各個部分的聯(lián)系需要考慮，建筑整體的協(xié)調也需要加強。例如各個部件的緊密結合要滿足整體建筑的使用要求；建筑的美觀和經濟性有一定的矛盾，建筑的安全性能和經濟性有一定的矛盾；建筑的功能多樣性和結構合理有一定的矛盾，緩解或消除這些矛盾就提升了建筑整體的協(xié)調性。

（四）優(yōu)化上部結構設計

建筑占地面積的減少使得人類將生存空間向上擴展，越來越多的高層建筑涌現，這就需要設計人員加強上部結構的設計優(yōu)化。上層建筑的安全性能是第一考慮因素，第二是：經濟因素，其次是：美觀程度。在進行結構優(yōu)化時，要提升結構的合理性提升安全性能，主要考慮其力學性能和化學性能，例如其抗震程度在力學性能中的考慮；經濟因素如合理地降低鋼筋材料的使用可以提高其性價比；美觀因素則需要對用戶視覺需求進行調查，并需要設計師具有一定的審美能力和美學表達能力。

四、建筑結構設計的優(yōu)化應用

對建筑結構的設計優(yōu)化的應用提升了建筑的經濟效益，增強了其可靠性，主要在下面這兩方面具有較高的應用價值：

（一）結構設計優(yōu)化的前期工作

建筑的前期設計直接決定了建筑的質量和性價比。第一，前期優(yōu)化工作的實施會使整個施工過程順暢，能夠縮短施工工期；第二，這些前期優(yōu)化工作能夠降低施工難度，從而減少施工成本；第三，科學的優(yōu)化會對材料、結構進行合理選擇；第四，對于用戶的特殊要求、建筑需要滿足的一些功能或其美觀屬性都需要在前期進行考慮。

（二）對概念設計和具體結構進行優(yōu)化

概念設計的優(yōu)化主要表現在設計人對一些不可預測、不可抵抗的因素進行考慮，進行相關的特性增強。例如地震、水災等，地震高發(fā)地帶一般采用木質結構，雨水充沛地帶一般頂部的雨水處理能力較強。

（三）對地基基礎結構進行優(yōu)化

建筑的地基直接決定了建筑的穩(wěn)固程度，對地基的設計優(yōu)化能夠在保證其安全性能的同時，增強其經濟性（性價比），對于層數、高度不同的建筑，對地基的設計也有很大的改變，這就需要設計人員對建筑的占用面積和樓層高度進行協(xié)調，優(yōu)化地基設計。

結語

通過本文的研究，我們簡單了解了建筑結構的優(yōu)化方法和具體應用，從優(yōu)化內容、優(yōu)化應用等發(fā)面研究了其經濟價值、安全價值和美觀價值，希望對我國的建筑行業(yè)能夠有一定的借鑒價值。

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