摘要：结构优化设计不应仅仅在结构本身，而是应包括建筑的各方面，科学地确定建筑结构优化设计几项基本原则并有效地按照这些基本原则去进行建筑结构设计，是非常重要的。本文的主要内容就是从建筑结构的角度出发，探析如何通过设计优化来提升建筑整体的安全质量与经济效益。
关键词：建筑结构；优化；设计
1 建筑结构优化设计的基本要求
1.1功能性
建筑是人类的基础物质生存环境，建筑结构优化的终极目标就是为了满足人类对物质生存环境的最大化需求。对功能性的满足也不再局限于传统的实用性功能，而是增添了舒适性、美观性、协调性等多种新元素，满足人类对基础物质生存环境的更高要求。
1.2环保性
建筑业的蓬勃发展，虽然带来了建筑经济的快速增长，但是也不可避免的带来了一些社会问题。特别是在国际提倡发展低碳经济的背景下，建筑的能耗污染成为与时代主题相矛盾的存在。在建筑结构的优化中，重视环保理念的融入，在细节上体现环保意识和环保价值成为另一项要求。
1.3 安全性
结构优化设计应全面考虑整体建筑的每个构件，使结构体系中每个构件都具有合理的可靠性，确保整个结构体系的安全性能，确保实现结构设计规范规定的设计标准，达到建筑结构既安全耐用又经济合理的总目标。工程设计人员必须在保证结构安全的前提下，通过对建筑结构的整体概念分析，采用合理的优化设计理念和方法进行优化设计，使得能有效地控制工程造价，满足投资方的经济性要求。通过以往的优化设计经验来看，相比于传统的设计方法，优化设计通常可以达到降低工程造价5%～30%的目的。
1.4经济性
建筑行业的规模化发展，同样带来竞争的加剧，在保证建筑安全性与功能性的基础上，有效控制成本、提高各项资源的利用率则能够有效的提升经济效益。 建筑结构优化设计的经济性是市场经济条件下对资源配置提出的新要求。经济性是指通过建筑结构的优化设计，最大化的节约各种材料资源，达到减少建设成本的目标。另外，各种材料资源都存在一定的稀缺特性，建筑结构的优化设计能科学合理的减少材料的使用量，节省建设材料使用成本。
2 建筑结构优化的措施分析
2.1结构优化设计中的整体布局
建筑结构决策者与设计者须从结构优化设计的全局观念出发，利用结构设计中的点、线、面，确定建筑结构设计的总体布局，处理好点、线、面之间的架构关系，借助于材料的选用、构件的布置，充分发挥单个构件与整体结构的配合与协调，使之能实现最佳受力状况，既实现整体结构良好的承重力、刚性与延展性，也实现单个构件的最大化与最佳化利用，保证达到建筑设计的国家质量标准，实现建筑功能性、安全性与经济性的多重目标。
2.2建筑结构优化设计的技术方法
（1）优化数学模型。建立正确合理的优化数学模型是结构优化设计的关键步骤，基于正确的优化数学模型是得到正确优化结果的基础。例如，在优化模型中，数学模型中的等式约束个数应当小于设计变量的个数，这样才能求得最优解。
（2）优化数学算法和优化迭代控制。对于建立的优化数学模型，虽然可用的优化算法有多种，但是采用不同的优化算法所得到的优化效果和所花费的求解时间会有差别。所以，快速、有效的数学优化算法也是结构优化设计的一项关键技术。
（3）结构分析方法。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆绝大多数的结构优化设计问题难以采用解析法求解，而是采用数值法的方法。数值解的寻优实际上是一个优化迭代过程，而每次优化迭代都需要进行结构分析。
实现以上提到的关键技术需要经过建立可靠的优化模型，然后采用适当的优化算法进行求解。这其中选择计算简便且正确率高的优化算法显得尤为重要。
2.3进行正确的结构计算
现在工程师可以在概念、经验和估算的基础上借助计算机进行可靠的分析计算，并通过对计算结果的分析，发现结构的薄弱部位和设计的不足之处，对结构体系以及结构构件的合理尺寸做出相应的调整，经过多次计算比较和调整，使结构设计更加合理和经济。在利用计算机结构设计程序进行结构计算时，要注意以下问题：
（1）不能盲目的依赖计算机。因计算软件的缺陷和设计人员不加分析的盲从而导致设计错误的现象时有发生，所以对用于结构设计的计算程序的基本理论假定、应用范围和限制条件以及程序与规范的结合一定要搞清楚。
（2）对各项数据必须进行核对。利用计算程序进行计算的一项重要工作就是对各项数据进行输入，这些数据包括图形与构件的尺寸、荷载的数据等，这其中的每一项数据都对最终的计算结果会产生十分重要的影响，例如如果荷载数据的输入错误，对于最终的建筑安全性将会带来不可忽视的影响。所以即使我们利用计算设备与程序进行计算，也必须对各项数据进行核对。
（3）对计算参数的选取要正确合理。选取不同的计算参数会得出完全不同的计算结果，要根据实际结构的具体情况和计算程序的功能要求合理选取。比如，框架结构计算中，周期折减系数的取值，要根据实际工程中框架填充墙的材料和数量，选取恰当的数值对计算周期进行折减，若折减系数选取偏大，会使计算地震力小于实际的地震力，造成结构分析偏于不安全，反之则不经济。
（4）注意实际结构与计算模型的差异。对各项数据必须进行核对。利用计算程序进行计算的一项重要工作就是对各项数据进行输入，这些数据包括图形与构件的尺寸、荷载的数据等，这其中的每一项数据都对最终的计算结果会产生十分重要的影响，例如如果荷载数据的输入错误，对于最终的建筑安全性将会带来不可忽视的影响。所以即使我们利用计算设备与程序进行计算，也必须对各项数据进行核对。
2.4结构优化设计中的构件布置
建筑结构优化设计中的构件布置主要涉及梁、柱子、剪力墙的布置与设计。目前，高层建筑的结构设计大多采用框架一剪力墙结构体系，这种体系由钢筋混凝土框架和钢筋混凝土剪力墙2部分组成，框架的梁柱为刚接，框架与剪力墙可为刚接，也可为铰接。高层建筑体日趋复杂，各种不同功能的建筑用房综合在一起，组成形态各异的高层建筑，给建筑结构优化设计增加了一定的难度。而框架一剪力墙结构体系具有灵活组成使用空间的优点，比较容易满足建筑物的使用要求，而且框架一剪力墙结构体系有较高的承载力，较好的延伸性和整体性，并且具备很强的吸收地震力的能力，从而大大减小了结构本身的侧移。因此，在建筑结构优化设计的实践过程中，在框架一剪力墙结构设计中，剪力墙刚度的确定除了必须满足强度条件外，还必须使结构具有一定的侧向刚度。
2.5提高材料的利用率
对建筑结构进行优化设计，一项重要的工作就是要实现成本的优化管理。材料的选择应当尽可能的合理，并且材料的利用应达到最大值，减少浪费。在钢筋混凝土结构中，以受压为主的柱子，就要充分发挥钢筋混凝土材料中混凝土抗压性能好的特点，尽可能采用高标号混凝土，不但可以减小构件截面，增加使用空间，还能减轻结构自重。对于高层建筑的结构转换层和受力复杂的结点部位以及大跨度结构，可采用型钢混凝土和预应力混凝土或钢结构等，以达到适用、安全、经济的目的。
参考文献
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[2]宋瑛.剪力墙布置位置的设计优化[J].山西建筑，2012，38（29）：53-54.
[2]李锋.浅谈现代建筑结构优化设计[J].科技资讯，2010，（28）.
论文作者:吴波
论文发表刊物:《基层建设》2017年第19期
论文发表时间:2017/11/6
标签：结构论文; 建筑结构论文; 优化设计论文; 建筑论文; 构件论文; 数据论文; 结构设计论文; 《基层建设》2017年第19期论文;