摘要：近年来，随着城市规模越来越大，我国的建筑逐渐朝着高层化的方向迈进。而项目投资大，建设周期长，对其进行结构优化设计能够有效的减少投资金额。通过调整各构件刚度之间的比例关系，充分利用各构件的受力特点，发挥它们各自的长处，使整体结构达到最优。本文在此从建筑结构设计应用理论出发，对建筑结构设计的具体应用做了详细研究。
关键词：结构；优化技术；剪力墙
前言
高层建筑结构优化设计是我国高层建筑设计与管理中较为重要的一个环节，其主要的目标就是在于提升高层建筑的结构合理性和经济性，需要对各环节均做好分析，涵盖建筑工程的各个方面，通过综合优化来提高建筑工程舒适度、空间应用率以及经济效益等。
一、建筑结构设计优化的意义
面对新时期房屋建筑的结构设计问题，人们更多重视的是建筑结构需要满足一定的安全性和功能要求，同时还应该具备一定的美观性和经济实用性。就建筑工程的施工而言，成本最大的是建筑结构造价问题。因此，需要在保证所有建筑功能特点的前提下对建筑房屋进行合理的设计，最大限度的降低工程施工成本。此外，建筑物的优化设计还能够满足社会经济发展的需要，实现建筑物的功能性和安全性。
二、建筑结构优化设计应用的理论
建筑结构优化应用有两方面的作用，一是在建筑分部结构的优化设计方面的作用，二是在房屋工程结构总体的优化设计方面的作用，两者都有细分，例如结构总体的优化设计囊括了总体方案优化设计和细部结构方案的优化设计等，从另一方面讲包含了形体结构选型、布置、机构体的受力分析、建筑整体造价分析等项目。在建筑结构优化的实际应用中，可以根据使用简单、应用方便的原则，对建筑工程进行结构优化设计，在建筑结构设计过程中，要满足设计意图、平面布置规则、整体形态对称原则、质量中心和刚度中心整体布局原则、建筑物水平荷载作用等一系列问题，做到在理论上为实践提供前提、提供理论基础，做好准备工作。
三、建筑结构设计优化的几个具体应用
1、整体布局优化
应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、地基基础结构设计优化
地基基础的结构设计优化首先要选择合适的方案，如果为桩基础，那么要根据现场地质条件选择桩基类型，尽量节省造价。桩端持力层对灌注桩桩长的选择影响很大，应多进行比较以确定最合适的方案。
独立基础设计荷载取值的优化。钢筋混凝土多层框架房屋多采用柱下独立基础，当地基主要受力层范围内不存在软弱粘性土层时，不超过8层且高度在25m以下的一般民用框架房屋或荷载相当的多层框架，可不必进行地基和基础的抗震承载力验算。但这些房屋在基础设计时应考虑风荷载的影响。因此，在钢筋混凝土多层框架房屋的整体计算分析中，必须输入风荷载，不能因为在地震区高层建筑以外的一般建筑风荷载不起控制作用就不输入：另一种情况是.在设计独立基础时，作用在基础顶面上的外荷载柱脚内力设计值，只取轴力设计值和弯矩设计值，无剪力设计值，或者甚至只取轴力设计值。以上两种情况都会导致基础设计尺寸偏小，配筋偏少，影响基础和上部结构的安全。
3、结构细部设计优化
进行建筑结构的设计优化，不但要关注整体设计，也应该对各个细部结构部件的设计给予重视，比如进行现浇板的设计时，为了达到去除拐角裂缝与结构受力均匀的目的就需要将异形板划分为矩形板。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆对于建筑结构底部的框架抗震墙的钢筋配置通常较大，如果在材料选用上使用冷轧带肋钢筋则能够适当减少钢筋配置，从而更加便于施工和达到控制工程造价的目的。
4、剪力墙结构优化设计
（1）连梁优化设计
在高层剪力墙结构中，连梁是一项关键的耗能构件，其剪切破坏将对结构抗震产生极为不利的影响，并会极大地降低结构体系的延性。因此在高层剪力墙结构的优化设计过程中，一定要注意对连梁进行强剪弱弯的验算，以保证连梁的剪切破坏晚于弯曲破坏。对于人为加大连梁纵筋的操作一定要慎之又慎，因为这样就有可能无法满足强剪弱弯的要求。
在住宅结构设计时，一般情况下不宜采用大刚度的窗下墙作为连梁，而宜将连梁设计成为截面、刚度较小的弱连梁。同时，在满足结构刚度与变形要求时，应从经济角度与抗力、变形方面综合考虑，合理布置抗侧力构件。
（2）结构延性设计
剪力墙结构有自身的特性，只有掌握了长处与短处，才能正确发挥好设计优化，保证剪力墙结构合理。在建筑设计中，剪力墙主要由整体墙、整体小开口墙和联肢墙三种形态。整体墙受力较大，要加大底部截面组合设计，提高或加大配筋率；联肢墙是连梁连接起来的剪力墙，联肢墙破坏形态以强墙肢弱连梁为宜，塑性变形和耗能能够进行分散。
要想从根本上避免脆性破坏，一定要限制墙肢或连梁平均剪应力与混凝土轴压比系数，做到设计值符合工程要求。一、二、三级剪力墙轴压比超过一定数值，必须设置约束边缘构件，这样才能确保结构的安全。
5、抗震优化设计
应结合建筑工程等级，在保证结构整体合理的基础上，尽可能多的设置抗震防线，对于抗震结构体系说来，其由若干个延性良好的分体系组成，并与延性优良的结构构件来连接进行协调工作。基于地震余震特点，在对建筑抗震结构进行优化设计时，还应保证抗震结构体系由最大可能数量内部、外部冗余度，并建立一系列分布屈服区，并保证主要构件具有较高的延性与刚度，提高对地震作用力的吸收与消耗效果，增强建筑结构整体抗震性能。其中，要注意结构抗震设计时，在提高某部分结构设计强度时，会削弱其他环节的抗震性能，因此需要控制好结构各环节的抗震性能分配设计。另外，还可以对建筑结构性能进行优化，即以实际需求为基础，有针对性的对整个结构、结构局部部位、结构关键部位以及重要构件等进行目标性优化，达到提高建筑结构抗震性能目的。
6、耐久性优化设计
在通常的混凝土结构设计方案当中，经常忽略的是建筑耐久性的优化设计，建筑的耐久性，是要保证高层建筑建成后，在合理的使用期限范围以内，要保证用户能够正常使用。但是在实际设计方案当中，这样的优化设计往往被忽略。因为在设计的过程中，没有考虑到在外力条件和周边环境的变化的情况下，建筑结构在使用的过程中会发生结构损伤，从而严重地降低房屋的安全可靠指数使用寿命。对于混凝土的建筑设计，为节省建设投资，所才用的省材料和低造价的设计都应该是科学合理的，但是在实际生活当中，面对各种技术指标或者使用要求成为建筑设计的主要矛盾时，建筑设计师就应该果断地放弃单纯的经济利益追求，应该提出更为人性化的设计方案，而这种人性化在很大程度上就体现在建筑的耐久性上面。
7、结构设计软件运用
当前，电子科技的发展，使建筑业不断融入新技术，形成创新性设计。计算仿真优化设计思路在业内引起广泛关注，一些设计已经完成导入了仿真设计。通过利用计算机分析软件建立优化设计分析模型，然后再通过计算机优化计算方法，做好受力调整，使建筑结构更加优化合理，达到使用目标要求，减少了投入，最终实现结构设计优化。
四、结语
综上，实际设计过程中要选择合理的建筑结构设计方案，充分的应用优化技术，提高有限空间、有限资源的最大化效果发挥，实现经济化、实用性和适用性的良好目标。
参考文献：
[1]吴勇.建筑结构优化设计分析[J].建材世界，2013（03）.
[2]陶小林，杨杨.浅谈房屋建筑结构设计中的应用优化技术[J].科技创新与应用，2013
论文作者:谭善平
论文发表刊物:《基层建设》2017年第29期
论文发表时间:2018/1/14
标签：结构论文; 优化设计论文; 建筑结构论文; 建筑论文; 结构设计论文; 构件论文; 荷载论文; 《基层建设》2017年第29期论文;