建筑結構設計的優(yōu)化方法及應用分析

金澤旻

摘? ? 要：如今建筑工程數(shù)量及規(guī)模不斷擴張，同時社會對建筑結構設計的標準要求也隨之提高?；诖耍疚闹饕撌隽藘?yōu)化建筑結構設計的核心內涵、基本原則與關鍵環(huán)節(jié)，并圍繞各類改進策略的實踐應用展開系統(tǒng)探究。

關鍵詞：建筑結構設計;改進策略;實踐應用

1? 引言

隨著物質文化生活水平的提高，人們對房屋建筑的外觀、性能與質量的標準要求也隨之提高。為此，設計人員應當充分考慮居住者對房屋建筑的多元需求，優(yōu)化建筑結構設計，保證工程設計的科學合理性。

2? 優(yōu)化建筑結構設計的核心內涵

完善建筑結構設計的核心內涵是，依托先進的設計理念，通過調整設計模式與手段，進一步完善房屋建筑設計方案，強化最終設計效果。完善建筑結構設計的主要內容包括如下兩方面：整體優(yōu)化與內部構造優(yōu)化。一個完整的建筑工程涉及諸多內容，而建筑結構設計的整體優(yōu)化，直接決定了最終設計效果。

優(yōu)化整體設計不單純集中于優(yōu)化建筑物自身特性，還要保證建筑物與周圍環(huán)境的統(tǒng)一協(xié)調性，兼顧建筑工程項目的經(jīng)濟效益與生態(tài)效益，實現(xiàn)人與自然和諧共生。

建筑設計師在房屋建筑方案設計過程中，應秉承精益求精的基本原則，一方面立足于長期發(fā)展角度，采取創(chuàng)新手段，保證設計作品符合現(xiàn)代化標準要求;另一方面，更要確保房屋建筑結構的完整性與穩(wěn)定性，維護公眾生命財產安全。

3? 優(yōu)化建筑結構設計的基本原則

3.1? 功能性

針對建筑結構設計，功能性的發(fā)揮至關重要。功能性是指建筑結構的基本性能特征，以及投入使用后產生的經(jīng)濟效益、社會效益與生態(tài)效益。某些建筑結構設計在功能性發(fā)揮方面，可提升整體結構的綜合利用率。例如，銀行的建筑結構設計，要充分考慮建筑結構的安全性，讓安全通道發(fā)揮實際性能。再者，要充分考慮功能空間的承載力，滿足多元化需求。

3.2? 安全性

結構設計的安全性是針對所有內部環(huán)節(jié)來說的，任何構件的設計都需要考慮施工環(huán)節(jié)的可執(zhí)行性與可操作性，與施工作業(yè)有機整合。若結構設計無法應用于實踐，那么再優(yōu)質的結構設計也不存在任何實際意義，并會造成大量的資源浪費與資金損耗。

3.3? 節(jié)能環(huán)保

目前人們逐步加大了對建筑環(huán)保材料的重視度。在建筑結構設計中，高效應用節(jié)能環(huán)保材料，可以在保證工程建設質量的基礎上，實現(xiàn)生態(tài)效益最大化。眾所周知，建筑行業(yè)具有高能耗、重污染的基本特征，全面提倡應用節(jié)能環(huán)保建材，可增大材料綜合利用率，節(jié)約成本，從而減少生態(tài)環(huán)境污染，維系生態(tài)系統(tǒng)平衡。

4? 優(yōu)化建筑結構設計的關鍵內容

4.1? 創(chuàng)建立體空間結構模型

改進建筑結構計算方案與建筑結構設計模型是完善建筑結構設計的重要組成部分。優(yōu)化建筑結構設計是指在諸多復雜變量中，選取有利用價值的參數(shù)信息，以此為基準，構建立體空間函數(shù)模型，進而計算最優(yōu)解。通常情況下，構建立體模型主要包括如下兩部分內容：①選擇合理的設計變量，此環(huán)節(jié)至關重要。從某種角度來說，變量設計也會影響參數(shù)選擇。而優(yōu)化變量設計，有助于簡化計算流程，提高工作效率;②確定目標函數(shù)。選擇滿足函數(shù)條件的最優(yōu)解是確定目標函數(shù)的先決條件。在此基礎上，選定約束條件。約束條件主要包括尺寸、強度及結構應力等。在完善建筑結構設計的過程中，要將這些約束條件控制在合理范圍內，最大限度的滿足設計要求。

4.2? 選定合理的設計計算方案

在建筑結構優(yōu)化時，各類約束條件及變量參數(shù)會在不同程度上影響優(yōu)化流程。為此，在實際計算時，需要將約束條件轉化為非約束條件，確保整個優(yōu)化流程的有序運轉。同時，綜合考慮變量因素，采取科學合理的計算方法，落實建筑結構優(yōu)化設計工作。

4.3? 優(yōu)化調整設計程序

程序設計是指在調整優(yōu)化計算方案的基礎上，編寫程序，并程序導入計算機系統(tǒng)，在后續(xù)計算過程中，將相關數(shù)據(jù)鍵入專業(yè)系統(tǒng)，依托計算機的基本功能，獲取完整化、直觀化且精確化的結果。

4.4? 全面分析計算結果

結果分析是結構優(yōu)化設計的關鍵環(huán)節(jié)。具體來說，只有全面且詳盡的分析計算機結算數(shù)據(jù)，才能以實際數(shù)據(jù)為基準，選定優(yōu)化設計的最佳方案。在結構優(yōu)化設計過程中，要綜合考量各方面阻礙因素，促進建筑結構優(yōu)化設計工作的有序運轉。我們都知道，建筑工程項目設計與施工需要消耗大量的人力、物力與資金，而結構優(yōu)化的目的就是節(jié)約成本，保證建筑質量。為此，建筑結構設計應著重注意如下幾方面問題：①選定經(jīng)濟與技術的平衡點，降低二者的矛盾，爭取以最低的成本作為條件，利用最先進的技術;②客觀認知技術所創(chuàng)造的經(jīng)濟效益，及以技術改造所節(jié)省的經(jīng)濟成本?？偠灾?，創(chuàng)新改進技術手段勢在必行。

5? 建筑結構設計方法的實踐應用

5.1? 整體優(yōu)化與局部優(yōu)化

從整體性特征層面來看，房屋建筑結構設計主要包括設計體系、結構體系與安裝體系等環(huán)節(jié)，且各個體系又包含若干個分支體系。在房屋建筑設計過程中，相關人員應當優(yōu)化各個分支體系，確保各個結構橫向關聯(lián)的合理性，保證內部環(huán)節(jié)的協(xié)調性。從復雜性特征層面來看，房屋建筑結構設計主要由原料選擇、零構件選擇及結構類型選擇等主體內容構成。要強化建筑結構優(yōu)化設計效果，就需立足于整體性角度，協(xié)調處理整體與局部的內在聯(lián)系。

5.2? 建筑結構分段優(yōu)化

任何工程項目在設計周期內，各個環(huán)節(jié)都有多種可供選擇的設計方案，而這也需要逐步完善各個設計環(huán)節(jié)。對此，設計人員需結合各階段的基本特征，選擇合理的優(yōu)化方法，從而延長整體工程壽命，保證綜合效益最大化。

5.3? 建筑結構上部結構優(yōu)化

在房屋結構設計中，上部結構優(yōu)化發(fā)揮著至關重要的作用。一般情況下，要想完善剪力墻結構的上部結構，首要前提是合理布設剪力墻，讓對稱樓層的平面剛度中心點與樓層的結構重心相重合，以此削弱風力、地震波與振動效應的負面影響。在綜合條件允許的情況下，需要盡可能的應用大開間的剪力墻構造，增加剪力墻的墻肢長，這樣一方面，可減少墻肢體的配置數(shù)量，另一方面，控制混凝土使用量。需要格外注意的是，若房屋建筑所處區(qū)域的地質結構條件較差，并且建筑工程對抗震性能有較高的標準要求，則需避免采用大開間的剪力墻構造，以此加強地基基礎結構的安全穩(wěn)固性，提升抗震安全等級。

5.4? 建筑結構的協(xié)調性優(yōu)化

除此之外，在房屋建筑結構優(yōu)化設計過程中，還應保證建筑結構與整體平面的協(xié)調配合，加強外觀構造的美觀性與內部結構配置的合理性。在布設建筑柱體與墻體時，需讓其與房屋建筑平面功能需求相一致，實現(xiàn)所有房間進深、開間的統(tǒng)一性。再者，盡量增強建筑結構體系的簡潔性，防止柱體與墻體出現(xiàn)移位現(xiàn)象，且層樓高度與截面積保持一致。在電梯與樓梯設計過程中，針對應力集中的轉角區(qū)，應優(yōu)選強度等級高的承重構件，從而降低自體重量。若非承重構件，則需要盡量選擇體量輕便的建材，以免增加結構的承載負荷壓力。

6? 結束語

綜上所述，建筑結構設計是房屋建筑工程項目設計體系的重要組成內容。建筑結構設計的合理性直接決定了整體工程建設質量，以及建筑結構性能的發(fā)揮。為此，在建筑結構設計過程中，要提升設計水平，不斷完善建筑結構，從而滿足住戶的多元化需求，為經(jīng)濟發(fā)展與現(xiàn)代化城市建設奠定基礎。

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