建筑設(shè)計中結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化分析

陸秋濤

摘?要：建筑是人類生存的基礎(chǔ)環(huán)境，優(yōu)化建筑設(shè)計有利于改善人類的生存環(huán)境，提升建筑質(zhì)量。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中要提升建筑結(jié)構(gòu)的安全性、舒適性和耐久性，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計選擇以及材料的選用上，要提升抗風(fēng)抗震的性能，確保建筑在使用壽命周期內(nèi)實現(xiàn)改造和維修，滿足人們應(yīng)用建筑的多樣化需求。

關(guān)鍵詞：建筑設(shè)計;結(jié)構(gòu)設(shè)計;優(yōu)化策略

建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計要確保優(yōu)化建筑結(jié)果的設(shè)計方方案，根據(jù)實際的應(yīng)用需求以及建筑場景的特點出發(fā)，確保設(shè)計的方案能夠讓有限的空間和資源實現(xiàn)最大化、最優(yōu)化的利用，發(fā)揮建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的作用，繼而滿足經(jīng)濟性、實用性、適用性的使用需求。為了提升建筑產(chǎn)品的品質(zhì)，改善人們居住的環(huán)境，要求建筑商積極尋求新型的手段來滿足顧客的需求，繼而有利于降低建筑工程造價的成本。

1?建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的基本需求

在住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計中，結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性非常重要，在建筑結(jié)構(gòu)體系和材料的選擇上，要確?？癸L(fēng)抗震的性能好，并且還能夠滿足人類居住時對熱、光、聲的要求，繼而營造一個舒適的居住空間。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方案要綜合考慮住戶在日后改變分隔空間的可能性。比如面對剪力墻結(jié)構(gòu)可以采用大開間的布局。從建筑工程施工的地點、層數(shù)、平立面體形角度出發(fā)，提升建筑結(jié)構(gòu)體系的經(jīng)濟合理性。在建筑構(gòu)件的使用上要符合工程建設(shè)的需要，確保用量的合理性，減少建筑構(gòu)件用料的浪費。另外，地基基礎(chǔ)設(shè)施要做好經(jīng)濟比較，因為地基基礎(chǔ)設(shè)計方案非常重要，關(guān)系到房屋整體的造價，為此要做好優(yōu)化設(shè)計工作。

2?建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的方法

2.1?建筑模型優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計的方法

大型的建筑工程首先要做好建筑模型的設(shè)計，優(yōu)化建筑模型要確保建筑工程結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計，包含了基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)方案、圍護結(jié)構(gòu)方案、屋蓋系統(tǒng)方案、結(jié)構(gòu)細部的優(yōu)化設(shè)計等。同時建筑模型的優(yōu)化設(shè)計還要對建筑的選型、布置、受力、造價等進行分析，在此基礎(chǔ)上制定建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的方案。在設(shè)計的過程中要堅持從實際出發(fā)，根據(jù)建筑工程的實際情況，結(jié)合房屋建筑綜合經(jīng)濟效益來實現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計。在滿足了建筑設(shè)計的目標(biāo)以后，可以采用平面布置的規(guī)則，縮小剛度與質(zhì)量中心的差異，繼而降低建筑水平荷載與建筑物中存在的過大的扭轉(zhuǎn)作用力。從豎直方向上來看，建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計要盡可能避免轉(zhuǎn)換層，降低集中應(yīng)力的現(xiàn)象。為了提高房屋建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的約束條件，要對建筑結(jié)構(gòu)的尺寸、強度、裂縫寬度、應(yīng)力等進行有效的約束，確保各項約束條件滿足當(dāng)前建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的規(guī)定和要求。

2.2?優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的計算方案

在制定了建筑模型以后，要設(shè)定建筑計算的有效方案，確保編制應(yīng)用的運算程序能夠獲得最優(yōu)化的運算結(jié)果。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計內(nèi)包含了多個變量和約束條件，該問題是非線性優(yōu)化的問題，在設(shè)定建筑模型計算方案時，要將約束條件轉(zhuǎn)變?yōu)闊o約束條件。通常情況下，建筑工程設(shè)計的方法包含了拉氏乘子法等算法。在這些算法的基礎(chǔ)上能夠?qū)ㄖＰ蛢?yōu)化結(jié)構(gòu)的設(shè)計方案進行分析和計算。

3?優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)在實踐中的應(yīng)用

通常情況下，在完成了建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方案以后，要將建筑理論與實踐有機結(jié)合起來，確保建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的不斷發(fā)展和優(yōu)化。通過優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)，難以有效降低建筑工程造價，為此結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化設(shè)計要在建筑項目的整體設(shè)計、前期設(shè)計中得到有效的應(yīng)用。另外，在舊房改造、抗震設(shè)計中，建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計也非常關(guān)鍵，對居住者的生命安全帶來了直接的影響。根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的模型和方法，要注意把握好三個方面的問題，即在參與建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的前期，要確保概念設(shè)計、細部結(jié)構(gòu)設(shè)計的方案優(yōu)化，并在此技術(shù)上完成地基基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的設(shè)計。

3.1?前期階段的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化

前期階段的建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計方案，對整個建筑的投資力度產(chǎn)生了影響，但是在此過程中，往往也容易出現(xiàn)一定的問題，比如前期的方案結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理，導(dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)后期的施工設(shè)計出現(xiàn)了問題。一些建筑結(jié)構(gòu)的方案會導(dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)建造的難度增加，最終使建筑的總造價成本提升。在建筑初期階段，要選擇合理的建筑結(jié)構(gòu)形式以及設(shè)計方案，從而滿足建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的需要。

3.2?優(yōu)化建筑細部結(jié)構(gòu)設(shè)計和概念設(shè)計

概念設(shè)計一般應(yīng)用在地震設(shè)防等沒有具體數(shù)值量化的情況，由于這些要素的數(shù)值沒有量化，而且存在較大的不確定性，在計算時會存在與現(xiàn)實差異大的問題，為此在建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計時可以利用概念設(shè)計的方法，將數(shù)值當(dāng)成建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計輔助與參考的依據(jù)，為此要求建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計人員能夠靈活的運用不同的數(shù)據(jù)，確保建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計水平的優(yōu)化提升。另外，在細部結(jié)構(gòu)中也可以應(yīng)用概念設(shè)計的方法，使建筑結(jié)構(gòu)的細節(jié)部分更加完善。

3.3?優(yōu)化下部地基基礎(chǔ)的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計

地基基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化上首先選擇和制定合適的方案，根據(jù)現(xiàn)場的實際地質(zhì)條件和施工特征狀況等來選擇合理的樁基類型，確保工程造價的不斷降低。樁端持力層一般會對灌注樁樁長的選擇帶來較大的影響，為此可以結(jié)合比較確定的方式來選擇適合的建筑方案。

3.4?優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的實際價值

建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計要確保降低建筑的整體造價，提升建筑結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟性和實用性。首先，結(jié)合建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的方式來降低建筑的總體造價，因為目前城市化進程的加快，建筑的高層和多層住宅的數(shù)量在不斷增多，層數(shù)越高，那么建筑的總面積增加也會越快，單位建筑面積在土地面積的比例會相應(yīng)的減少，為此有利于實現(xiàn)建筑用地成本的節(jié)約。然而當(dāng)前建筑層數(shù)的不斷增加，也導(dǎo)致建筑總高度相應(yīng)加大，為此樓與樓之間的距離要而要適當(dāng)加大，從而節(jié)省建筑土地資源用量。另外，通過建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計則能夠增強建筑結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟性，當(dāng)建筑層高增加時，墻體的面積、柱體積也相應(yīng)的增加，為此建筑的結(jié)構(gòu)自重也會由此而增加，建筑基礎(chǔ)與柱的承載力也會加大，而水衛(wèi)、電氣管線的長度也會增加。如果層高降低則能夠起到良好的抗震效果，并且能夠節(jié)約建筑造價，降低建筑的總高度，使建筑之間的日照距離相應(yīng)的縮短，這樣有利于建筑用地資源的節(jié)省。相同的建筑面積，在使用不同的平面形狀時，外墻的長度周長也會不相同，而選擇圓形或者近似于方形的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，則能夠提升建筑的受力性能，確保建筑結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟性能有效提升。

4?結(jié)語

本文對建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的基本需要、方法以及具體的措施進行了研究和分析，提出了當(dāng)前建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計要從實際情況出發(fā)，增強建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的實際價值，繼而滿足現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的需要。

參考文獻：

[1] 梅青勇.淺談建筑設(shè)計中結(jié)構(gòu)與藝術(shù)的處理[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計，2017，（23）.

[2] 顧耐瑄.建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化分析[J].城市建設(shè)理論研究（電子版），2015，（3）.

[3] 朱亞培.民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化措施探討[J].城市建設(shè)理論研究（電子版），2014，（31）.