建筑结构设计的优化方法及应用分析

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　　摘    要：如今建筑工程数量及规模不断扩张，同时社会对建筑结构设计的标准要求也随之提高。基于此，本文主要论述了优化建筑结构设计的核心内涵、基本原则与关键环节，并围绕各类改进策略的实践应用展开系统探究。
　　关键词：建筑结构设计;改进策略;实践应用
　　1  引言
　　随着物质文化生活水平的提高，人们对房屋建筑的外观、性能与质量的标准要求也随之提高。为此，设计人员应当充分考虑居住者对房屋建筑的多元需求，优化建筑结构设计，保证工程设计的科学合理性。
　　2  优化建筑结构设计的核心内涵
　　完善建筑结构设计的核心内涵是，依托先进的设计理念，通过调整设计模式与手段，进一步完善房屋建筑设计方案，强化最终设计效果。完善建筑结构设计的主要内容包括如下两方面：整体优化与内部构造优化。一个完整的建筑工程涉及诸多内容，而建筑结构设计的整体优化，直接决定了最终设计效果。
　　优化整体设计不单纯集中于优化建筑物自身特性，还要保证建筑物与周围环境的统一协调性，兼顾建筑工程项目的经济效益与生态效益，实现人与自然和谐共生。
　　建筑设计师在房屋建筑方案设计过程中，应秉承精益求精的基本原则，一方面立足于长期发展角度，采取创新手段，保证设计作品符合现代化标准要求;另一方面，更要确保房屋建筑结构的完整性与稳定性，维护公众生命财产安全。
　　3  优化建筑结构设计的基本原则
　　3.1  功能性
　　针对建筑结构设计，功能性的发挥至关重要。功能性是指建筑结构的基本性能特征，以及投入使用后产生的经济效益、社会效益与生态效益。某些建筑结构设计在功能性发挥方面，可提升整体结构的综合利用率。例如，银行的建筑结构设计，要充分考虑建筑结构的安全性，让安全通道发挥实际性能。再者，要充分考虑功能空间的承载力，满足多元化需求。
　　3.2  安全性
　　结构设计的安全性是针对所有内部环节来说的，任何构件的设计都需要考虑施工环节的可执行性与可操作性，与施工作业有机整合。若结构设计无法应用于实践，那么再优质的结构设计也不存在任何实际意义，并会造成大量的资源浪费与资金损耗。
　　3.3  节能环保
　　目前人们逐步加大了对建筑环保材料的重视度。在建筑结构设计中，高效应用节能环保材料，可以在保证工程建设质量的基础上，实现生态效益最大化。众所周知，建筑行业具有高能耗、重污染的基本特征，全面提倡应用节能环保建材，可增大材料综合利用率，节约成本，从而减少生态环境污染，维系生态系统平衡。
　　4  优化建筑结构设计的关键内容
　　4.1  创建立体空间结构模型
　　改进建筑结构计算方案与建筑结构设计模型是完善建筑结构设计的重要组成部分。优化建筑结构设计是指在诸多复杂变量中，选取有利用价值的参数信息，以此为基准，构建立体空间函数模型，进而计算最优解。通常情况下，构建立体模型主要包括如下两部分内容：①选择合理的设计变量，此环节至关重要。从某种角度来说，变量设计也会影响参数选择。而优化变量设计，有助于简化计算流程，提高工作效率;②确定目标函数。选择满足函数条件的最优解是确定目标函数的先决条件。在此基础上，选定约束条件。约束条件主要包括尺寸、强度及结构应力等。在完善建筑结构设计的过程中，要将这些约束条件控制在合理范围内，最大限度的满足设计要求。
　　4.2  选定合理的设计计算方案
　　在建筑结构优化时，各类约束条件及变量参数会在不同程度上影响优化流程。为此，在实际计算时，需要将约束条件转化为非约束条件，确保整个优化流程的有序运转。同时，综合考虑变量因素，采取科学合理的计算方法，落实建筑结构优化设计工作。
　　4.3  优化调整设计程序
　　程序设计是指在调整优化计算方案的基础上，编写程序，并程序导入计算机系统，在后续计算过程中，将相关数据键入专业系统，依托计算机的基本功能，获取完整化、直观化且精确化的结果。
　　4.4  全面分析计算结果
　　结果分析是结构优化设计的关键环节。具体来说，只有全面且详尽的分析计算机结算数据，才能以实际数据为基准，选定优化设计的最佳方案。在结构优化设计过程中，要综合考量各方面阻碍因素，促进建筑结构优化设计工作的有序运转。我们都知道，建筑工程项目设计与施工需要消耗大量的人力、物力与资金，而结构优化的目的就是节约成本，保证建筑质量。为此，建筑结构设计应着重注意如下几方面问题：①选定经济与技术的平衡点，降低二者的矛盾，争取以最低的成本作为条件，利用最先进的技术;②客观认知技术所创造的经济效益，及以技术改造所节省的经济成本。总而言之，创新改进技术手段势在必行。
　　5  建筑结构设计方法的实践应用
　　5.1  整体优化与局部优化
　　从整体性特征层面来看，房屋建筑结构设计主要包括设计体系、结构体系与安装体系等环节，且各个体系又包含若干个分支体系。在房屋建筑设计过程中，相关人员应当优化各个分支体系，确保各个结构横向关联的合理性，保证内部环节的协调性。从复杂性特征层面来看，房屋建筑结构设计主要由原料选择、零构件选择及结构类型选择等主体内容构成。要强化建筑结构优化设计效果，就需立足于整体性角度，协调处理整体与局部的内在联系。
　　5.2  建筑结构分段优化
　　任何工程项目在设计周期内，各个环节都有多种可供选择的设计方案，而这也需要逐步完善各个设计环节。对此，设计人员需结合各阶段的基本特征，选择合理的优化方法，从而延长整体工程寿命，保证综合效益最大化。
　　5.3  建筑结构上部结构优化
　　在房屋结构设计中，上部結构优化发挥着至关重要的作用。一般情况下，要想完善剪力墙结构的上部结构，首要前提是合理布设剪力墙，让对称楼层的平面刚度中心点与楼层的结构重心相重合，以此削弱风力、地震波与振动效应的负面影响。在综合条件允许的情况下，需要尽可能的应用大开间的剪力墙构造，增加剪力墙的墙肢长，这样一方面，可减少墙肢体的配置数量，另一方面，控制混凝土使用量。需要格外注意的是，若房屋建筑所处区域的地质结构条件较差，并且建筑工程对抗震性能有较高的标准要求，则需避免采用大开间的剪力墙构造，以此加强地基基础结构的安全稳固性，提升抗震安全等级。
　　5.4  建筑结构的协调性优化
　　除此之外，在房屋建筑结构优化设计过程中，还应保证建筑结构与整体平面的协调配合，加强外观构造的美观性与内部结构配置的合理性。在布设建筑柱体与墙体时，需让其与房屋建筑平面功能需求相一致，实现所有房间进深、开间的统一性。再者，尽量增强建筑结构体系的简洁性，防止柱体与墙体出现移位现象，且层楼高度与截面积保持一致。在电梯与楼梯设计过程中，针对应力集中的转角区，应优选强度等级高的承重构件，从而降低自体重量。若非承重构件，则需要尽量选择体量轻便的建材，以免增加结构的承载负荷压力。
　　6  结束语
　　综上所述，建筑结构设计是房屋建筑工程项目设计体系的重要组成内容。建筑结构设计的合理性直接决定了整体工程建设质量，以及建筑结构性能的发挥。为此，在建筑结构设计过程中，要提升设计水平，不断完善建筑结构，从而满足住户的多元化需求，为经济发展与现代化城市建设奠定基础。
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