河北建筑设计研究院有限责任公司 河北石家庄 050011
摘要：建筑结构的优化设计方法是一种基于安全考虑为前提的实用方法。在对经济性和美观的共同方向中把握契机，从而实现高质量且具有艺术性的房屋建筑，并且降低了建造成本。本文阐述了具体的应用方法，包括拓扑优化方法、基础的优化、上部建筑结构的优化、截面优化，从多个方向对房屋结构优化设计进行了总结。
关键词：建筑结构设计；优化设计；新方法
1建筑工程结构设计的程序
在进行建筑工程结构设计工作中必须考虑到设计程序，并严格按照合理的设计程序进行每一步结构设计工作。现代建筑工程设计的内容主要有建筑设计、结构设计、给排水设计、暖气通风设计以及电气设计等，要对这些设计进行展开就要严格遵循环保、经济、安全、美观等方面的基本要求，其主要程序就是先进行建筑方案创作，然后对建筑工程的结构进行分析，根据结构分析进行构件设计，最后绘制施工图以完成建筑结构设计工作。
2建筑结构设计优化方法的必要性
将建筑结构设计优化方法应用到房屋结构设计过程中，可以使建筑工程项目的施工成本得到有效的控制，保证建筑工程的美观性、实用性。对建筑投资企业来讲，希望可以用最少的投资得到最大的经济效益，所以，必须保证建筑结构设计的安全性、科学性、合理性，这样就必须加强对建筑结构设计的优化。与传统的房屋结构设计相比，结构优化设计方法具有以下优点：1.有效地保证了建筑结构的安全性；2.科学合理的协调建筑结构内部的全部单位；3.科学合理地使用建筑施工材料；4.施工成本降低6％～35%。在建筑房屋结构优化设计的过程中，合理的使用优化设计方案，能够有效地保证建筑物的使用价值，提高建筑物的经济价值与环保价值。在优化方案过程中，节省建设单位的资金投入，降低建筑工程施工成本。建筑结构优化设计与传统的房屋结构设计相比，能够增加建设投资单位的经济效益，为用户提供更好的使用环境。通过优化建筑工程结构施工中的各种资源，比如建筑施工材料、结构布局等，实现结构与施工材料的有效结合，共同发挥建筑结构优化作用。建筑物的面积随着建筑物层数的增加而不断提高，对结构设计的要求越高，想要保证建筑工程具有良好的实际效果，就必须加强建筑结构的优化设计，采用最佳的优化方案，提高建筑工程结构的质量。
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3 建筑结构设计优化新方法介绍
3.1拓扑优化方法
拓扑优化方法需要设计人员在对建筑物进行设计优化过程中，找到准确的建筑结构理想化分布形式，并对建筑物结构的刚度等属性进行有效分析，通过拓扑优化方式实现减少建筑物结构重量的目的，进一步提升建筑物的性能。在使用拓扑优化方法时，设计者必须充分认识到拓扑优化方法的优点，通过拓扑优化方法将建筑物结构的设计转变为概念性的结构设计方法，提升建筑物结构设计的逻辑性。
3.2 截面优化方法
建筑物结构的细节是最能体现其整体可靠性和安全性能的部分，在处理建筑物截面时，设计人员必须考虑到截面结构的安全性和可靠性，对建筑物的截面进行科学计算，提升其稳定性和美观度。对于建筑物截面的优化设计，设计人员可以利用有限元方法来计算设计变量的应力特点和结构位移情况，并通过信息化的设备验算和统计所获得的设计数据，再依据所得的结果判断需要调整的范围，并对该范围内的区域进行优化设计。
3.3 外形优化方法
通过外形优化方法，设计人员可以在固有的截面优化方法基础上发对建筑物的结构框架和内部形状进行更进一步的调整、完善，以便提升建筑物的结构设计质量。首先，设计人员需要了解和掌握建筑物的整体情况，以我国现行的建筑物结构设计标准对其进行修正。通过外形优化方法划分建筑物结构的外形特征，在实际工作中，主要采用的是杆系结构和连续性结构。在使用杆系结构外形设计过程中，建筑物结构的节点坐标的选取是关键点，并将选取的节点坐标作为设计的变量，用以满足建筑物外形优化设计的需求。
3.4 概念设计与细部结构设计优化相结合
在缺乏详细数据的情况下，我们可以通过概念设计的方法来实现设计的优化。例如，在对建筑物的抗震能力进行设计时，因为地震的强度是不确定因素，我们无法找到与之对应的计算方法，因此，就可以引入概念设计的方法，将数值作为辅助依据。并在设计过程中结合结构设计优化的方法，从而使优化设计达到最佳效果。此外，在设计过程中，设计人员必须对结构的西部进行优化设计，例如，在进行现浇混凝土施工中，异形板料的弯曲部位十分容易开裂，为此，我们可以将其简化为矩形板，再选择钢筋，这样就可以降低凝土开裂的概率，既能满足建筑物结构的基本需求，又能够实现安全和经济的目标。
3.5建筑物地基基础结构的优化设计
在对建筑物的下部地基基础结构进行优化设计时，设计人员必须选择最为合适的方案。例如，以实际施工情况为基础选择对应的桩基类型，尽量降低工程造价，再根据桩端持力层的厚度对灌注桩的长度进行科学选择，并对集中优化设计方案进行对比，进一步筛选出最优的设计方案。例如，某建筑物结构的原设计使用的是桩筏基础，相对该结构设计进行优化，将桩筏基础改为桩基础，设置两桩承台、三桩承台、四桩承台和梁式承台。在这部分优化中，考虑的是基础传力的传递路径最短则越省材料，但是前提保证是总沉降值和不均匀沉降值。桩筏基础较桩基础而言增加了一块整体的筏板，将整体受力转变为局部受力，增加了传递的途径，但是也增加了材料的使用，虽然浪费了材料，但对控制不均匀沉降具有一定作用。根据实际情况而言，若要同时满足总沉降、不均匀沉降以及地基承载力的要求，使用天然基础的经济型要比桩基础更高，而且施工更为简便，所需时间也相对较少，费用也较为便宜，不失为一个较好的选择。
结束语
随着我国社会经济的不断发展，城市化进程也在不断加快，在城市发展中，房屋建筑成为城市建筑的一个重要标志。在房屋建筑飞速发展的同时，也带来了一些安全性及稳定性的问题，因此积极探索建筑结构设计优化设计新方法的应用具有积极的现实意义。
参考文献
[1]邵西顺.建筑结构设计优化设计新方法探析[J/OL].河南建材，2016（05）.
[2]孙超，赵磊.房屋建筑结构设计中的问题与对策分析[J].住宅与房地产，2016，12：31.
论文作者:高海潮
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第16期
论文发表时间:2017/11/18
标签：建筑物论文; 结构设计论文; 结构论文; 方法论文; 建筑论文; 优化设计论文; 截面论文; 《建筑学研究前沿》2017年第16期论文;