建筑结构优化设计的要求、原则及方法

　　引言

　　科学技术的创新和发展促进了经济的快速发展和人们生活水平的提高，建筑作为人们赖以生存的载体，建筑物的质量和结构设计与人们生活的舒适度息息相关。此外，新时期以来节能环保型社会建设的理念不断发展和深入，使得人们对建筑架构优化设计的要求越来越高。

　　建筑结构优化设计不仅可以帮助投资者有效地控制建筑投资成本，还可以顺利地实现使用者对建筑物的设计要求，进而实现建筑施工经济利益的最大化。所以，建筑结构优化设计在当前的市场经济发展下具有一定的可行性，而且随着建筑施工在城市建设中比重的增加，建筑结构设计的改革与发展也日新月异，为改善人们的生活环境提供重要基础。

　　1 建筑结构优化设计的内涵

　　在现代的建筑施工中建筑结构优化设计主要体现在建筑工程的决策阶段、设计阶段和建设阶段。首先，在决策阶段要明确进行结构优化设计的目的，并在实现本体结构功能的基础上进一步保障建筑结构的安全性，降低建筑施工资本投入。其次，在设计阶段，要明确和完善建筑整体结构以及每个子系统的优化布局设计； 最后，在建设阶段，将建筑结构优化设计作为建设施工的主要指导原则，组织并建设建筑结构的每个环节，进而实现建筑结构设计的整体优化。这三个阶段互为补充、缺一不可，在建筑结构优化设计中起着重要的作用。

　　2 建筑结构优化设计的基本要求

　　2. 1 功能性建筑物作为人类赖以生存的基础物质环境，建筑结构设计的好坏直接关系着人们对建筑环境的感受。随着时代的发展和人们生活质量的提升，人们对建筑结构的功能性需求也不仅限于传统的实际应用功能，而是包含了建筑结构美观、舒适以及建筑物的协调性等多方面的因素，进而满足人们对建筑物质环境更高的需求。

　　2. 2 安全性建筑物是人们进行生活以及生产活动的主要场所，因此建筑物的安全性是建筑结构优化设计的关键因素之一。如果一味追求建筑结构的优化设计，而忽略了建筑结构设计施工等各方面的安全性，对建筑结构的优化有害无益，给人们的正常生活、生产活动造成巨大的潜在危害。

　　2. 3 经济性新时期以来，由于市场经济对资源配置的要求和引导，使经济性成为建筑结构设计必须要考虑的重要因素。经济性主要是指通过建筑结构优化设计，对建筑材料、工具等进行科学合理的资源配置，减少建设成本的浪费，进而控制建设过程投入。与此同时，由于部分建筑材料具有一定的稀缺性，进行建筑结构优化设计能合理地控制建筑材料的使用，节省建筑成本。

　　2. 4 环保性环保性是继经济性之后对建筑结构设计的有益要求，一般是指通过建筑结构优化设计选择较为环保的建筑材料、建筑布局等，从而体现可持续发展的环保建筑发展观念。首先，在建筑材料的选择上，以建筑工程的功能性和安全性为基础，选择合适的节能环保型材料； 其次，在建筑结构优化设计的整体布局中，要重视建筑物在将来的使用中对周围环境造成的影响，一方面强调建筑物各子系统结构的统一与环保性，另一方面要有效地处治建设过程中的废旧材料及建筑垃圾，减少对环境的污染。

　　3 建筑结构优化设计的原则

　　建筑结构的优化设计不但包括建筑物的本体结构，还包括建筑物的空间利用率、使用舒适度及其带来的经济效益。因此，进行建筑结构优化设计必须严格遵守一定的基本原则。

　　3. 1 使不规则建筑平面布置产生规则结构效应在进行建筑结构优化设计时，往往需要依据建筑物的功能要求，对建筑物的墙肢长短和墙柱布局进行合理地调整和规划，进而实现建筑结构的安全性和美观性要求。相对规则以及平面布置性的建筑物结构受力比较简单，因此建筑成本造价较低。然而，建筑结构由于功能性的多样化需求，对建筑物的体型和平面布置的设计施工要求也不尽相同。因此，可以在实现建筑结构功能性要求的基础上，通过优化调整建筑结构的墙体、墙肢的长短以及柱子的布局，使不规则的建筑物体型以及平面布置去向规则化，并产生规则结构的效应，实现建筑目标。

　　3. 2 提高建筑居住舒适度建筑结构优化设计的基本出发点和根本目的为满足人们的舒适度需求。因此，为了提高建筑的舒适度，必须对建筑的整体进行优化设计，其中主要包括建筑结构、装饰装修、电气安装等几个重要组成部分。

　　3. 3 保证建筑结构的安全性目前建筑结构的安全性主要通过提高建筑物的抗震程度来实现。

　　所以，在进行建筑结构优化设计时需要保证每个建筑结构子系统的部件都具有一定的可靠的承载能力，最终实现建筑结构的经济性、耐久性以及安全性。一般主要包括建筑结构体系的优化选择传力途径的科学性、构件布置的合理性、构件和材料选用的正确性等内容。

　　3. 4 针对不同构件采用不同安全系数的结构优化设计由于建筑各子系统的构件具有不同的承载能力，因此，为了保证建筑结构的整体安全性，需要根据各部位的承载能力来设计多样化的构件安全系数，实现建筑结构设计的整体优化。通过对大量建筑结构试验的分析和研究可以发现，由于现浇钢筋混凝土楼板的约束作用，可以在很大程度上提高楼盖梁的承载能力，最高时可提高约 1. 5 倍。然而现行国内结构计算软件却不能准确反映现浇楼板的这种约束作用，所以按力学计算结果进行结构设计的话，对现浇楼盖梁而言，它的安全系数就偏高了许多。

　　4 建筑结构优化的方法

　　随着人类社会的不断发展完善，人们的日常需求则在进行的不断的变化，人们对建筑的要求也逐渐向着安全性、美观性、经济性、合理性方向不断发展，所以在此建筑结构的优化设计是非常重要的。建筑结构的优化设计是以原来的建筑结构的设计方案为基础，引入新的工程材料和工艺流程，对局部设计进行相应的改进，提高建筑结构的安全性和合理性，进而实现节约材料，降低工程造价的目的。

　　4. 1 建筑结构优化的设计模型建筑结构进行优化设计时，首先要从建筑过程中各种变量参数中选择出重要的参数，此时就要建立起相应的函数模型，然后利用先进、科学的计算方法分析计算出函数模型的最优解，选择最优参数。建筑结构优化模型的建立一般为以下步骤：

　　（ 1） 合理的选择设计变量。由于在建筑工程的结构优化设计时，各种设计变量的选择与设计要求有着直接的关系，所以在进行优化设计的过程中，可以将所选择的设计变量按照其本身的性质以及重要性进行相应的分类，将其中一些基本不发生变化的设计变量定位预订参数，这样就可以大大的减少建筑结构优化工作的工作量。
　　
　　 （ 2） 选择正确的目标函数。进行建筑结构的优化工作中，要考虑多种优化环节中的约束因素，比如应力约束因素、裂缝宽度约束因素、结构强度约束因素、尺寸约束因素以及正常状态和极限状态下的弹塑性约束因素等，在进行建筑结构优化设计的工作中，一定要保证各种约束因素都能够达到相应的标准，然后根据科学、先进的计算方法分析计算出最优解，此时则可以相应的确定出约束条件。

　　4. 2 建筑结构优化设计的计算方案建筑结构的优化设计总体上讲是属于非线性的优化设计，在优化设计过程中要选择到各种变量参数以及多种约束条件，而要进行优化设计的工作则必须将优化环节总的约束条件充当为无约束条件才能够进行相应的计算。在进行优化设计的计算时，会运用到一些科学、先进的计算方法，包括拉式乘子法、复合型法等计算方法，计算方案计算完成后，才可以进行相应的编程运算，这样就可以得到优化设计的最终结构。

　　5 结束语

　　近年来，建筑行业的快速发展要求建筑结构设计不断进行优化和完善，进而实现人们对建筑物更高的需求。因此，在进行建筑结构设计时，不仅要注意建筑结构计算的准确度，还要结合建筑物工程的实际，科学合理地选择结构方案，并以此为基础进行优化设计。只有这样，才能日益积累建筑结构设计经验，不断提高建筑结构设计优化水平，促进建筑行业的可持续发展。

　　参考文献
　　
　　[1]赵领楠，葛莹。 概念设计在建筑结构设计中的重要性及应用[J]. 企业导报，2012（ 22） .
　　[2]李金石。 高层建筑剪力墙结构设计的探讨[J]. 科学之友，2011（ 14） .
　　[3]沈健。 浅谈建筑结构设计存在的问题及有效措施[J]. 才智，2012（ 05） .
　　[4]胡天水。 房屋结构设计中的建筑结构设计优化[J]. 中华民居（ 下旬刊） ,2013（4）。