关于建筑结构设计优化的

摘 要：建筑结构的优化设计,是实现建筑的本体功能和建筑投资成本的关键手段.随着国家对建立节约型社会的理念的大力倡导,无论是建筑的需求者还是建筑的供应者都对建筑结构的优化设计提出了更高的要求.结合者建筑结构方面的理论依据和工程经验,对建筑结构进行优化设计,我们将从材料的选用、构件设计和整体的结构布局三个主要方面进行分析,探讨建筑结构优化设计的实现手段.

关 键 词：建筑结构；设计优化；基本理论；手段和意义

随着社会经济的不断发展,人民的生活水平显著提高,越来越多的人对物质生存的环境提出了更高的要求,其中建筑是人类物质生存环境的重要载体.近年来兴起的节能环保型社会的建设理念越来越得到人们的共识.本文分析了建筑结构优化的基本理论,并提出了建筑结构优化设计应采取的手段.

一、建筑结构优化设计的基本理论

结构设计优化方法的理论是指在从事结构的设计师时,除了考虑设计对象的基本使用功能及安全可靠性,还应该把它的设计对象设计得尽可能的完美.这就是我们所说的结构设计的最优化问题.用科学的语言表述出来就是,利用确定的数学方法,在所有可能的设计方案的集合中,找到能够满足预定目标的最满意的答案.建筑结构的优化设计体现在建设工程的各个阶段,包括决策阶段、设计阶段、建设阶段.在决策阶段,我们要确定建筑结构优化设计所要达到的整体目标,满足其本体功能,最大程度的保障安全性,降低投资成本；在设计阶段,我们要确定每个字系统的优化方案；在建设阶段,应以结构的设计优化为基本原则,组建好没一个子系统,从而实现整体结构的优化布局.在决策阶段的优化选择是关键,设计阶段的优化设计是核心,建设阶段的结构优化建设是基础,只有三个阶段紧密配合,才能实现建筑结构优化设计的总体目标.

二、建筑结构设计的基本要求

1、功能性

建筑作为人类基础的物质生存环境,其结构优化的终极目标就是满足人类对物质生存环境的最大化地需求.与传统的实用性功能相比,增加了舒适性、协调性和美观性等多种要求,从而满足人类对基础物质生存环境的更高要求.

2、安全性

我们在追求建筑结构的功能性的同时,不能忽略建筑结构的安全性要求,任何东西如果没有了安全保障都会失去价值,与生命相比,任何东西都要让位.如果建筑商一味地追求建筑结构的优化设计而忽略了决策阶段、设计阶段和建设阶段的任何一个环节的安全方面的一个小小的问题,都会给人类的正常的生产和生活带来致命的危害.因此,安全性是结构优化设计中的必然要考虑的因素.

3、经济型

市场经济条件下要求对资源进行合理的配置,建筑结构优化设计的经济性适应了这一要求.经济性是指经过建筑结构的优化设计后,能够最大化的节约资源,达到减省建设成本的作用.此外,资源是有限的,很长时期才能再生,存在一定程度的稀缺性,所以建筑结构的优化设计能科学合理的减少材料的使用,从而节省建设成本.

4、环保性

建筑选材必须选用各种环保材料,人们生活水平的提高对生活质量提出了更高的要求,不仅仅是住的上房子,还要住好的房子.不再把钱看得像以前那样重要,与之相反的是更加强调健康的重要性.筑结构整体布局当中,不仅要求建筑结够主体内部结构的统一与环保,还强调,建筑过程中的废料的处理方面的环保.同时,建筑在未来的使用过程中也必须是环保的.

三、建筑结构优化设计的手段

1、结构优化设计中的材料选用

物理学和建筑学的基本原理要求我们,建筑结构的各个点、线、面都应体现出力学承载力的特征,其中力学承载力的载体本身就是材料.为此,我们在选材是必须要慎重.通过各种材料的配置,加强构件的强度、任性和延展性,钢筋混凝土材料的打造适应了这一趋势,工程实践表明,钢筋混凝土的结构设计,把梁柱作为主要得力的承受载体,钢筋混凝土梁柱能局部提高梁柱的压力.因此,在工程的设计实践中,采用高标号的钢筋混凝土能够减少梁柱等构件的横截面,减轻结构本体的重量,同时也能扩大其使用空间；梁板以受弯为特性,采用高标号的钢筋混凝土能够减少钢筋的使用数量.结构的构建者应该科学合理的配比钢筋混凝土结构中的钢筋和混凝土的投放比例,以使其达到最优性能.近年来,自然灾害不断增多,强度也成提高的趋势,对建筑材料的抗震性、抗水性、抗土性等提出了新的要求,为此,建筑结构优化设计应在决策阶段、设计阶段和检测设阶段全面考虑材料的品种、质量、和对周围环境的适应程度,在最小化牺牲经济性的同时,最大化的保证建筑结构的功能性、安全性以及环保性.

2、结构优化设计中的构建布置

建筑结构优化设计中的构建布置是指梁、柱子和剪力墙的布置与设计.高层建筑的结构设置大都采用框架―力墙的结构体系,这种体系主要有钢筋混凝土框架和钢筋混凝土剪力墙两部分组成,框架的梁柱为刚接,框架与剪力墙可为刚接,也可以为铰接.框架―力墙的结构体系具有较高的承载力,较好的延展性和整体性的优点,并且具备了很强的吸收地震力的能力,在建筑结构优化设计中,剪力墙的刚度的确定出了满足强度条件外,还必须是结构具有一定的侧向刚度,基于此原因,剪力墙的刚度的大小将直接影响到结构的安全性和工程造价的成本的大小.在梁的选用方面,常规梁的经济型最好,但会严重影响到建筑层的高度,在目前的土地资源有限的情况下依然无法实现社会整体经济效益的最大化；宽扁梁能够减少梁的截面高度,从而可以增加建筑物的净高,在建筑物的总高度有限制的情况下,可以增加建筑物的层数,从而获得更多的建筑面积.但是宽扁梁也不是经济指标最优的梁.我们的目标只有一个,最大化程度保证功能性和安全性.

3、结构优化设计中的整体布局

建筑结构的决策者和设计者应从全局观念出发,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、面之间的框架结构关系,并借助材料的选用和构建的布置,是单个构件与整体的结构相配合,使之能够实现最佳的受力状况.即实现整体结构的良好的承重力、刚性和延展性,也实现单个构件的最大化与最佳化利用,保证达到建筑结构设计的国家质量标准.

四、建筑设计优化的意义

1、通过结构优化设计来降低总造价

进行结构优化设计过程中,我们知道多层住宅和高层住宅相比较,层数越其总建筑面积就越大,单位建筑面积占用的土地面积就越小,节约了用地资源.但与此同时,随着建筑层数的增多,建筑总高度也会增加,楼间距就得加大,这是占用的土地节约量就与建筑曾数的增加比例不相同了.此外,一栋楼不管有多少层只有一个屋盖,它的成本下降会比较的明显.就基础部分而言,虽然也只是各层公用的,当层数增加时会加大基础部分的负荷量,为此要加大基础部分的建设,这样造价虽有降低,但并不如屋盖的效果那样明显.

2、通过建筑结构优化来提高建筑结构的经济性

随着建筑层数的增加,墙体的面积和主体的体积会随之增加,结构的自重也会增加,基础合住的承受力相应也会增加,水卫和电器管线会增长；相反降低层高,可以节省材料,有利于抗震,同时建筑的总高度减小,两建筑之间的日照距离会减少,间接的节约了用地,建筑面积相同的情况下,如果选用不同的楼形时,它的外墙的周长会减少.基于此,当选用越接近圆形或方形的的平面形状时,外墙周长的系数就会越小,基础,外墙砌体以及内外表面的装修都会随之减少,同时,受利性能也能得到加强,增加了建筑的经济性能.

结语：

利用结构设计优化的技术方法,能够提高有限空间、有限资源的利用效率,实现效果的最大化,从而实现经济化、实用性和适用性的良好目标.同时,能满足人们对居住条件及生活环境的要求不断提高的需求,满足对建筑产品的品质要求不断提高的目的.此外,还能实现建筑商不断寻求新的手段满足顾客要求的想法,达到降低建筑工程造价成本的目的.