关于建筑结构设计优化的探讨

摘要：在建筑物的结构设计中，选择不同的设计方案以及选择不同种类的建筑材料都会对
工程的造价产生较大的影响，因此建筑物结构的优化设计方案尤为重要，本文主要阐述了
建筑物结构优化设计的方法，以及对需要进行优化设计的主要部分进行了分析，同时也提
出了结构设计优化的现实意义。

 

　　关键词：结构优化设计的方法、基础优化设计，现实意义

 

　　开发商只有不断寻求新的手段才能满足消费者的需求，因此降低工程造价就成为开发
商首要的追求目标了，要实现这个目标就需要利用结构设计的优化设计方法，来提高有限
空间的利用率，使有限的资源发挥更大的作用。

 

　　一、结构优化设计的方法

 

　　一个优秀的建筑不仅仅是美观与优化结构设计的紧密配合，更是满足了人们对房屋结
构安全性能、经济性和设计合理的要求，所谓的结构优化设计方案，就是结合原来的设计方
案、新的工艺和设备、新材料的投入，对局部的设计进行改变，不仅要满足技术和功能可行
性的要求，还要节约材料使工程造价明显降低。

 

　　

1、建立结构优化设计的模型 

　　结构优化设计是在各种变量参数中选择主要的参数，并为其建立函数模型，运用合理
科学的方法计算出最优解。建立优化结构模型的步骤大致如下：一是，选择合理的设计变量。
因为各种设计变量的选择对设计要求的影响是比较的大，在设计的过程中可将所涉及到的
变量按照其自身重要性进行区分，将一些变化不大的参数定为预定参数，通过此项工作能
减少计算和编程的工作量。二是，确定目标函数。房屋结构可靠度优化设计的约束条件，包
括了应力约束、裂缝宽度约束、结构强度约束、尺寸约束、从正常时的极限状态下弹性约束到
终极状态的弹塑性约束、从可靠指标约束到确定性约束条件等。

①在设计的过程中，要保证

各种约束条件必须符合要求，找到满足条件的最优解，并确定约束条件。

 

　　

2、选择结构优化计算方案 

　　结构优化设计是个非线性的优化问题，在设计中涉及到多个变量和多个约束条件，设
定好计算方案，通常是将约束条件变为无约束条件来计算。拉式乘子法、复合型法和
POWELL 等方法是常用的计算方法，在完成了相应的计算方案后再进行编程运算即可完成
最终的优化设计结果。

 

　　二、需要进行优化设计的主要部分

 

　　在建筑结构优化设计中，不同方案和不同建筑材料的选择对工程的造价都会造成不同
影响，尤其是在基础类型的选用、开间的确定、层高与层数的确定以及结构形式选择等方面
都有着重大关系。据统计，在满足同样功能的条件下，经济合理的优化设计可以使工程的造
价降低

10%左右。基础、柱、墙体、楼板、梁、屋面板等是建筑结构的主要组成部分，这几个部

分在工程造价中所占的比例也不相同，结构优化设计时对工程的造价影响也不相同，所以
在优化方案设计过程中的侧重点也不尽相同。

 

　　

1、对基础结构的优化设计 

　　基础结构在整个工程工期的

1/4 左右，并且基础造价也占到总造价的 10%-20%，所以

基础工程结构的重要性也是显而易见的。而且基础结构工程的造价还与地质条件是密切相关
的，设计时对地质勘探报告要求也是极高，选择合理的基础形式、控制好基础的截面尺寸和
埋深，能相对减少基础结构在总工程造价中的费用。

 

　　

2、柱网布局和柱子截面的优化设计 

　　柱网布局决定柱子的开间和跨度（纵向或横向相邻的两个柱子的间的距离），柱网的
尺寸一般来说在

6 到 12 米之间，如果柱距小那么其传力路线就短，上部结构的材料就能节