陈晓娟
湖州工业建筑设计院有限公司 浙江湖州 313000
摘要：对于现代的建筑来说，建筑不仅要具有必要的使用价值，而且还要具有一定的美观。安全、便于施工、经济、实用以及美观是我们对房屋结构设计时，必须要考虑的五个基本问题，也就要求我们必须对建筑结构设计进行相应的优化，以使得空间资源的合理利用，尽量使得房屋结构合理、安全、可靠。随着人们生活水平不断提高，不仅对建筑实用性与安全性有所要求，而且对经济性与外观也有所要求。
关键词：优化；建筑；结构；设计
1.筑结构设计的优化设计的重要性
如今，随着城市化进程的不断加快，城市建筑土地资源越来越紧缺，因此高层或超高层住房将成为城市住宅的发展方向，相较于传统的建筑模式，高层建筑等新型建筑的建设具有更大的难度，这就要求相关的施工建设人员应该重视房屋结构优化问题，在减少资金投入的同时，进行细致的建筑设计方案规划，运用新技术和新理念，建设出既安全又经济的建筑。根据相关数据可以看出合理的房屋结构设计可以减少建设资金投入，与没有进行设计优化的建筑相比采用优化法进行优化后的建筑能够节省10%～20%的建设费用。
不过，在实际的施工建设过程中，优化设计的实施往往不是一帆风顺的，可能因为多方面的限制而难以进行。首先，很多施工单位都会因为赶工程进度，而不顾施工质量，对于房屋设计的缺陷不予及时的优化处理，而对最后的建筑质量造成影响。其次，还有一些施工建设人员自身经验不足、专业素质不高，无法进行建筑设计优化。最后，还因为一些施工建设人员和设计人员只注重建筑的部分建设，而忽视建筑的整体设计，不能准确的制定工程预案，影响建筑整体的造价。对建筑的结构进行设计优化能够合理的规划建筑设计，减少工程资金投入，房屋结构各个方面整合起来，保证建筑质量，为人们提供经济安全的住房。
2.建筑结构优化设计的要点
2.1建立相应的结构优化模型
结构优化设计的实质，是利用相应的数学知识，对就爱你住结构中的各种参数进行整理和分析，然后依据结构整体，构建相应的数学模型，寻求最优设计的过程实际上就是对最优解的求解过程。因此，在对房屋结构进行优化设计时，需要建立相应的优化模型。
2.2明确优化对象和优化内容
在进行结构优化的过程中，主要的优化对象和优化内容包括：建筑基础结构的优化、建筑屋盖系统的优化、建筑围护结构的优化以及细部结构的优化等内容。而针对上述结构具体方面的优化还包括具体的选型、结构的布置、结构整体受力分析以及结构造价分析等，在确保达到实用要求以及建筑标准的同时，通过与具体的工程实际情况相结合，达到优化设计的目的。
2.3选择设计变量
一般把对设计要求起主要影响作用的参数作为设计变量，如目标控制参数（结构造价C1和损失期望C2）和约束控制参数（结构的可靠度PS）；而将那些对设计要求来讲，变化范围不大或是根据结构要求或局部性的设计考虑就能满足设计要求的参数等作为预定参数，这可以大大减少设计、计算和编制程序的工作量。
2.4约束条件进行确定
对于房屋的结构的设计优化来说，必须确保结构的可靠度，来对优化设计相关的约束条件进行相应的确定，设计优化的约束条件主要包括裂缝宽度约束、结构强度约束、尺寸约束、构件单元约束、应力约束、结构体系约束、从可靠指标约束到确定性约束条件以及从正常使用极限状态下的弹性约束到最终极限状态的弹塑性约束等约束条件。
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3.建筑结构设计的优化设计措施
3.1保证设计优化的可靠度
对于结构的设计优化来说，必须确保结构的可靠度，来对优化设计相关的约束条件进行相应的确定，设计优化的约束条件主要包括裂缝宽度约束、结构强度约束、尺寸约束、构件单元约束、应力约束、结构体系约束、从可靠指标约束到确定性约束条件以及从正常使用极限状态下的弹性约束到最终极限状态的弹塑性约束等约束条件。在进行结构设计的时候，确保每个约束条件都必须满足相关要求，以实现最佳的设计。在设计过程中必须对细部的结构进行相应的设计优化，例如，在现浇的混凝土异形的板料，其拐弯处容易开裂，我们可以简化成矩形板，然后再合理的选择钢筋，在满足其结构的基本要求条件下，达到既安全又经济的目的。
3.2荷载优化
荷载输入值的计算是否准确，关系到整个工程的含钢量是否正常。荷载的计算应尽量精确，做到不漏算、不重算、不多算、不错算。荷载取值应严格按照最新版荷载规范取用，不要擅自放人。对于一些特殊功能的建筑，应会同甲方共同测算荷载的取值。填充墙上门窗开洞面积较大时，应扣洞口部分的重量。地面、楼面、屋面、填充墙、隔墙、构架、线条等恒载取值应按建筑做法和大样详细计算。对于相关规范中所列可折减的项目，应严格按所列系数折减，尤其是消防车活载。通过检查PKPM总信息中单位面积质量数值可以判断出荷载输入是否正常。一般设计较合理的住宅结构，单位面积的荷载标准值为：框架结构1 lkN／m2-13 kN／m2，框剪结构13 kN／m2-16 kN／m2，剪力墙结构14kN／m2~18kN／m2。
3.3抗震优化
在高层建筑设计中，抗震设计长期以来存在很多难点，笔者依据实际工作经验，总结了做好抗震工作的几点要求：一是确定抗侧力构件的位置，在设计高层建筑时，如果能够较好的保证水平方向的对称性，则可以有效降低地震对高层建筑的影响，在设计时利用改变抗侧力构件的位置，可以在建设中形成应力分布系统，与竖直方面的侧力构件结合在一起，形成更为完整的应力分布系统，可以保证建筑具有更好的连续性和稳定性，有效应对地震。二是做好地基的抗震效果。在产生地震时，高层建筑的地基容易受到损坏，为了保证地基的安全性，可以增加桩基埋深，使桩基与上部结构紧密联系在一起，可以增加基础的抗震能力。三设计高质量的剪力墙。具有较高性能的剪力墙，在发生地震现象时，可以吸引建筑产生的内力，使墙体和楼板的刚度增加，防止建筑物产生位移，具有较好的防震效果。四尽量简化、一体化高层结构构件，利用简单化设置扶壁、筒口、筒脚等，使建筑物保持对称。
3.5扭转效应优化
限制结构平面布置的不规则性避免产生过大的偏心而导致结构产生较大的扭转效应。《高层建筑混凝土结构技术规程》规定：在考虑偶然偏心影响的地震作用下，楼层竖向构件的最大水平位移和层间位移，A级高度高层建筑不宜大于该楼层平均值的1.2倍，不应大于该楼层平均值的1.5倍。抗震设计的A级高度钢筋混凝土高层建筑其平面布置宜简单、规则、对称、减少偏心。
结构平面布置必须考虑有利于抵抗水平和竖向荷载，受力明确，传力直接，力争均匀对称，减少扭转影响。结构刚度不对称也会产生扭转。所以在布置剪力墙时，应使结构均匀分布，令荷载合力作用线通过结构刚度中心，以减少扭转影响。结构刚度不对称产生扭转时，通过增加墙厚来调整扭转效应效果不佳。高层剪力墙结构住宅中剪力墙影响刚度，而剪力墙为矩形截面，惯性矩为IZ=bh3/12，b为墙厚，h为墙长。剪力墙的长度对其刚度影响很大。首先分析哪部分结构刚度大，哪部分结构刚度小，增大刚度对结构有利，还是减小刚度对结构有利，通过增减剪力墙达到结构刚度均匀对称，满足《高层建筑混凝土结构技术规程》对最大水平位移和层间位移的要求。
4.结语
总而言之，在建筑结构设计中，结构优化设计技术起到了至关重要的作用，采取合理的结构优化设计不仅仅可以节省大量的建筑结构空间设计，更加可以节省大量的资金，创造更多的经济价值。
参考文献：
[1]王璐颖.高层建筑结构设计与表现[J].科技致富向导.2012.（44）
[2]钱立彬，李勇.高层建筑结构设计的影响因素[J].黑龙江科技信息.2012.（32）
论文作者:陈晓娟
论文发表刊物:《基层建设》2015年17期供稿
论文发表时间:2015/12/9
标签：结构论文; 建筑论文; 刚度论文; 荷载论文; 优化设计论文; 高层建筑论文; 结构设计论文; 《基层建设》2015年17期供稿论文;