浅谈如何优化建筑结构设计的方法

浅谈如何优化建筑结构设计的方法

摘要：对现代建筑建设来说，建筑不仅需要满足用户的使用需求，还需要同时

满足用户的审美需求，具备一定的美感。在建筑结构设计过程中，安全、施工便捷、经济、实用和美观是必须要考虑的五个基本问题，这也要求设计者对建筑结

构设计进行优化，使建筑不断趋于合理、安全和实用。为此，本文将具体介绍几

种建筑结构优化设计的方法，以供参考。

关键词：建筑结构；设计；优化方法；数学模型

在建筑结构的设计环节中，设计者需要对建筑的布局、施工方案和验收环节

进行把控，综合考虑并不断优化，才能做出科学的结构设计方案。在原有方案的

基础之上，对结构设计方案进行改进，使其充分利用空间资源，并在最大程度上

满足用户的实际需求，在实现其基本的建筑物使用功能的基础上，实现较好的美

观功能，并在实际建设中节约建设成本，获得最佳经济效益。

1建筑结构设计优化的必要性

在房屋结构设计过程中，使用合理的优化设计方案，不仅能够提升建筑物的

使用价值，还可以同时实现建筑物的经济价值和环保价值。在优化设计方案中，

节省建筑单位的资金投入，降低建设成本。建筑优化设计与传统的建筑设计相比，能够为企业带来更好的经济效益、为用户提供更好的使用体验。通过优化配置建

筑施工过程中的各种资源，如建筑材料、结构布局，实现结构布局的有效结合，

共同发挥更优作用，建筑物的面积随着建筑物层数的增加而增加，而要想保证建

筑物的良好设计效果、稳定性和可靠性，建筑物的单位面积造价也会随之升高。

通过建筑结构优化设计，便可以在这些因素之间找到协调点，实现最佳的方案设计。

2建筑结构优化设计结构化建模的详细步骤

2．1目标函数的选择

设计人员在对房屋结构进行设计优化时，首先必须确定建筑结构的目标函数，通过建筑物的安全标准和面积参数共同确定，进而根据建筑物建设工程材料的情

况准确定建筑物优化设计的工程造价。在这之后，设计人员需要对计算出的集中

工程造价方案进行分析，选择工程造价最低的方案，以实现在满足建筑物各项需

求的基础上经济效益的最大化。

2．2变量的选择

在对目标函数进行合理的选择之后，还需要对建筑物的变量进行选择。变量

的选择具体是指设计人员分析出的可能影响建筑物结构设计的因素，对其进行分

析和研究，选择其中影响程度最大的变量因素进行计算和控制，进而达到变量选

择的实际作用。

2．3约束条件的选择

对建筑结构的可靠性进行优化和创新，可以对房屋建筑结构当中的定量与约

束条件内容进行准确的判定，并将约束条件限定在建筑物的工程标准之内，借此

实现建筑结构设计的最优化。例如，在对应力、尺寸大小和结构强度等因素的约

束条件进行判定时，必须以建筑物结构的实际情况为基础进行选择。

3建筑结构设计优化新方法介绍

建筑物结构的优化设计体现在建筑物工程结构总体的优化设计和建筑物结构

分部结构的优化设计两方面。在分部结构优化设计中，需要进行优化设计的内容

有基础结构、屋盖层系统、围护结构以及结构细部方案的优化设计。对这些内容

的优化设计涉及到选型、布置、造价分析和受力分析几个部分，并在满足其使用

需求的前提下实现经济效益的最大化。并在满足建筑物结构的长期效益条件下，

以减少近期投资为目的降低工程造价5%～30%。在优化技术的同时，通过合理利

用不同材料的性能使建筑物内部结构的各个单元实现最佳协调。

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。在使用干洗结构外形设计过

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建筑物下部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