結構設計優(yōu)化在建筑設計中的應用探究

鄔繼勇

（四川省建筑設計研究院，四川 成都 610000）

1 結構設計優(yōu)化在建筑設計中的意義

如今，隨著我國科技水平的不斷提高，建筑行業(yè)的蓬勃發(fā)展，人們對建筑結構設計的要求也愈發(fā)嚴格，愈發(fā)迫切。通過運用先進的科學技術，加快建筑結構設計優(yōu)化的規(guī)模和工作進度，以促進建筑行業(yè)的穩(wěn)步發(fā)展。

1.1 有利于降低工程造價

通過優(yōu)化建筑物的結構設計，可以有效地改變空間的使用格局，盡量減少擁擠感，而在高樓層住宅方面，還有利于提高土地面積的使用效率。一般來說，建筑物層數的不斷增加，其高度隨之增長，由此導致各單元樓之間的距離也要隨之拓寬，從而擴大了土地面積的使用量，改變預算的土地使用比例。此時，建筑結構設計優(yōu)化工作便能夠派上用場。因為高樓層建筑物對其基礎層的要求極高，通過科學地規(guī)劃并加強其承載能力，同時，精簡不必要的建筑設施，在保證其安全性能和建筑物質量的前提下，相應地減少成本支出，有效地降低了建筑工程的總造價費用。

1.2 提高建筑物的經濟效益

隨著高樓層建筑物樓層數量的增加，其墻體面積和墻柱體積也會隨之擴大，并且，建筑結構的重量也會相應的增長，因此，建筑物基礎層的承載能力也就變成了首要關注的問題。如果想增加建筑物基礎層和墻柱的承載力，就要相應地增設建筑物內主管電氣和水衛(wèi)的管線，由此一來，必然會增加建筑成本。如若降低建筑物的樓層高度，上述問題均得以完美解決，并且，建筑物的抗震能力還會得以提高。而建筑物高度的降低，不僅能夠有效確保每一個建筑物的日照需求，樓與樓之間的距離也會縮短，土地使用面積也隨之減少ww。

2 建筑設計優(yōu)化的工作原則

建筑結構設計的優(yōu)化處理要從多個層面入手，充分考慮到建筑物的實際狀況和長遠利益，在實現(xiàn)建筑物全部基礎性功能的前提下，制定最佳的結構設計方案，以有效地降低成本支出。進行建筑結構設計優(yōu)化工作時，不僅要具備科學先進的設計理念，豐富的設計工作經驗，還要遵循相關規(guī)定的設計標準，確保能滿足所有的實際需求。

2.1 綜合考慮原則

在進行建筑結構優(yōu)化設計時，必須要充分考慮到可能會涉及到的所有方面的問題，除了建筑物的具體施工過程外，還要注意建筑物的基本功能、外形的美觀度等方面。另外，還要密切關注建筑物的整體部分與局部構成之間的聯(lián)系，以免出現(xiàn)問題，同時，也方便工作人員及時解決這些問題。

2.2 聯(lián)系實際原則

在進行建筑結構優(yōu)化設計時，設計人員一定要秉承著從實際出發(fā)的根本原則，在進行每一項工作環(huán)節(jié)時，要充分地聯(lián)系實際情況，比如：當地的自然環(huán)境是否有利于建筑物的施工或適合建設何種建筑物，還要考慮當地的氣候條件、人文環(huán)境，以及經濟狀況等，以便制定出最佳方案。

2.3 減輕自重原則

建筑物自身的重量是建筑結構優(yōu)化設計工作需要解決的重要問題。因此，在設計環(huán)節(jié)，必須要注意減輕建筑物自身的重量。豎向荷載中的85%來自于建筑物的自重，而橫向荷載則與建筑物的自重有著直接關系，所以，減輕建筑物自重，刻不容緩。

2.4 合理受力原則

在進行建筑結構優(yōu)化設計工作時，要嚴格遵循合理受力的原則，要充分考慮到結構的對稱性問題，建筑物因受力而產生的變形問題。所以，設計人員除了要選定一些適宜的抗力材料外，還要注意加強建筑構件，以及建行組結構截面的抗彎剛度，并通過合理篩選和優(yōu)化組合建筑材料來完善建筑構件的結構截面部分。

3 結構設計優(yōu)化在建筑設計中的應用

建筑結構的設計優(yōu)化的目的，主要是在確保建筑物的工程質量，實現(xiàn)建筑物的基本功能的前提下，有效地減少工程造價的費用支出，且相應地提高經濟效益?，F(xiàn)階段，建筑結構優(yōu)化設計的應用十分廣泛，不僅可以應用于建筑項目的整體性設計，還能服務于抗震設計等各個階段性建設過程，而且，往往能夠起到積極的促進作用。

3.1 結構布置及選型方面

建筑物的平面形狀應當比較規(guī)整且簡單，要避免過多的內凹或外伸部分的存在、內凹，以有效地預防地震災害。建筑的結構也應盡量地保證對稱，一旦建筑物的平面剛度不夠對稱，地震時則很容易發(fā)生扭轉和破壞。因此，在進行建筑結構優(yōu)化設計工作時，設計人員要盡可能地實現(xiàn)建筑結構豎向化的均勻分布，在立面結構設計中則要優(yōu)先考慮幾何圖形的構成作用、以及要保證建筑物樓層的剛度變化要足夠勻稱且規(guī)則。其實，在實際施工過程中，建筑物的質量分布很難做到絕對均勻，也難免會發(fā)生扭轉效應。

3.2 電梯間布置方面

對于高樓層建筑物，電梯間是必不可少的構件部分，其能夠有效地方便人們的出行。然而，電梯間的存在卻往往會對樓層板面造成影響，必須要妥善安置。因此，設計人員要格外注意電梯間的布置問題，要盡量避免因電梯間的開洞而致使建筑物變成兩段式結構。一般來說，電梯井的設計施工不宜采用鋼筋混凝土，其框架結構與框剪結構必須要精準且明確，其框架結構不宜采用剪力墻的設計，且必須滿足其框剪結構的剪力墻的數量。另外，高樓層建筑的結構要盡量避免出現(xiàn)設計錯層，還要注意控制因局部撤除梁板而構成的聯(lián)層柱的高度。

3.3 抗震抗風設計方面

高樓層建筑物除了要承受建筑物自身的豎向荷載外，還要承受側向的風力荷載，甚至是要經受地震的危害侵襲。高樓層建筑物其結構的抗側力剛度往往會隨著高度的變化而逐層改變，因此，在樓層之間可能會出現(xiàn)一些相對薄弱的地方，這是建筑結構設計過程中要盡量避免的。在高樓層建筑物中，其建筑設計要盡可能地配合其結構設計，致力于降低各相鄰樓層之間的剛度、偏心矩的變化率。由于建筑結構的抗震、抗風設計是建設高樓層建筑物時要充分考慮的重要因素，必須要慎重處理，而建筑結構的優(yōu)化往往能夠很好地完成這一環(huán)節(jié)。

3.4 延展性設計方面

建筑物必須要做好防震設計，因此，建筑物結構的延展性設計一定要做到最好。要保證在中度地震的作用下，建筑物的部分結構構件能夠進入彈塑性狀態(tài)，而在強震的作用下，建筑物的結構不發(fā)生倒塌。一般來說，建筑物結構的整體性與延展性則是依靠建筑構造措施而得以控制和保障的。所以，在延展性設計環(huán)節(jié)中，應當嚴格遵守“強錨固”、“強節(jié)點”、“強柱弱梁”，以及“強剪弱彎”的標準要求與原則，同時，設計人員還可以通過加強建筑物各個構件的延展性來綜合增強建筑物整體結構的延展性。

4 總結

如今，我國的社會水平的發(fā)展迅速，人們的生活水平也在逐步提高，對各方面的需求也在增長，而建筑行業(yè)亦是如此。建筑物的基礎設施要足夠完善，除了在具體的施工過程中要保障施工質量，防止危害到工作人員的人身安全，其最終的建筑成果質量更要格外注意。為此，必須要進行建筑結構的優(yōu)化設計，盡可能地滿足各方面的設計需求，在確保建筑質量和安全性能的基礎上，有效地降低工程造價的支出。

中國建筑材料科學研究總院服務于建設

中國建材總院擁有多家建材行業(yè)綜合性甲級科研設計單位和工程公司，具有建材、日用硅酸鹽、建筑工程、新能源工程、輕工機械、環(huán)境污染治理專項工程的工程設計、工程咨詢、工程監(jiān)理和工程總承包等各類各級工程資質及對外經營權，建立了科研、設計、裝備制造、工程總承包的“四位一體”的產業(yè)模式，其中水泥、玻璃等行業(yè)的工程設計和裝備制造等方面達到或接近世界先進水平，多家專業(yè)甲級科研設計院位居全國工程勘察設計百強企業(yè)前列。