论文部分内容阅读
【摘 要】当前，随着建筑工程建设的发展，在高层建筑中，对于结构设计的重视程度在不断加深。但是，由于建筑层数较多而且结构容易出现复杂情况，因此在需要进行结构的优化设计。建筑结构设计的优化不仅能美化外观，还能够使房屋变得更加安全、经济与合理，最终满足人们对当前房屋建筑的要求。基于此，文章对高层建筑结构设计优化的方法和作用进行分析，以期能够提供一个借鉴。
【关键词】高层建筑；结构设计；优化方法；作用
1.建筑结构设计优化的内涵
影响一座建筑物好坏的因素非常多。一般来讲，人们对建筑物的评价来源于三个方面：外形、结构和质量。
这些都和结构设计密切相关。房屋结构设计，不仅仅是整个建筑工程赖以实施的基本根据，更是一个建筑能否充分实现预定功能和目标的根本保障，是整个建筑工程的核心要素。
优秀的房屋结构设计方案，应当能够在有效控制成本投入，降低施工难度的基础上，充分利用城市中的空间资源和其它资源，大幅提升建筑物的实用功能和安全质量。要取得优秀的设计方案，需要对既有设计不断进行优化改良，从而最大限度地实现使用者对房屋的功能要求、质量要求和审美需要。同时，优化后的结构设计还能够有效帮助建设者节约资金，降低建设成本。
2.建筑结构设计优化的作用
建筑结构设计过程中，首先需要解决的问题就是建筑结构如何满足效益的长远化，在这个问题得到有效解决的基础上，再对建筑结构设计的合理性与经济性做到尽可能的优化。与传统建筑结构设计理念相比，当前所采用的建筑结构设计方法在建筑结构设计中的有效应用，能够有效降低工程成本，一般能达到10%到35%的效果。其次建筑结构设计优化方法的應用，还能够做到对建筑材料有效性与利用率的最大程度发挥，能够让建筑物的各个空间与整体能够达到相互协调的效果，并能够满足质量安全管理规定的要求。另外，建筑结构设计优化方案的应用，还能够对建筑物的原先设计起到完善的作用。所以，建筑结构优化方法对建筑结构设计起到重要的作用。
3.建筑结构设计优化方法
3.1分阶段优化与寿命优化
在限定时间内，每一个项目工程都有使用的期限，而且在每一个环节中，都可以设计出多种方案以供参考与挑选。也就是说，在每个阶段，都可以对方案进行优化。因此，房屋建筑结构的设计人员可在确定优化方法的时候，可以将各个阶段的性质作为依据，从而优化整体工程的寿命，并对建筑的施工质量予以保障，使得企业的经济收益能够有所增加。
3.2局部优化与整体优化
复杂性与层次性是任何一个项目建筑设计都具备的两大特点。从复杂性方面来看，其主要包括零部件的选取、建筑原材料的选取以及结构类型的选取等内容。从层次性方面来看，其主要包括建筑的结构体系、设计体系以及安装设计体系等，而在每一个体系之内又包括了很多个下属体系。在设计房屋建筑的时候，设计人员应该优化各个下属的系统，冲破各个布局间的横向关联，对工程进行叠加。因此，在建筑任何房屋的时候，优化的着眼点都应该是整体而非局部。只有这样，才能达到真正设计优化的目的。
3.3优化上部结构
要想模型建立与优化房屋建筑的上部结构，首先就要对剪力墙进行合理的布设，对剪力墙的质量均匀予以有效保证。这样，楼层的结构重心便能同楼层的平面刚度中心点实现重合，从而有效地削减了风力以及地震等外部荷载作用的扭转影响。如果房屋的类型允许的话，那么可以尽量使用大开间的剪力墙构造，并对剪力墙的墙肢长进行增加。这样做，不仅可以有效地对墙肢的数量进行缩减，还可以确保刚度能够与相关标准相符合，并以此作为前提与基础，有效地降低混凝土的使用数量。此外，因为剪力墙中的暗柱通常采用的都是钢筋建材，通过大开间的剪力墙构造应用，是可以有效缩减钢筋的使用数量。
3.4协调优化结构与建筑
对房屋结构进行设计的时候，应该尽可能地对建筑的结构与整体平面的配合紧密予以有效保证，使得结构合理、造型美观的效果可以有效的实现出来。对建筑墙与柱进行布设的时候，应该和房建平面的功能需求一样，每个房建的开间与进深等都应该保持一致。尽可能地简洁建筑系统，不可以让柱与墙之间出现错位的情况，而且每一层的截面面积与高度都应该是一样的。
4.建筑结构设计中优化方法的实现过程
4.1结构优化模型的确立
建筑结构设计优化方法在应用的过程中，需要通过三个步骤来完成。首先是做好对设计变量的选择工作。通常在设计中，会把对设计起影响作用的参数当作为设计变量，这其中包含了目标控制参数、约束控制参数等设计变量。在建筑结构设计当中，对于变化范围不大及在局部性设计时就能满足的设计要求参数，一般将其设为预定参数，通过采用这种方法，能够有效减少设计、编程及计算等方面的工作量。其次是对目标函数的确定。在设计当中，找到一组能够满足预定值的截面几何与钢筋截面积，从而降低工作造价。最后，确立约束条件。在房屋结构设计中，其存在的可靠度优化约束条件包含了应力约束、变形约束、结构单元约束、尺寸约束等各种约束条件。在建筑结构设计过程中，要使结构优化设计在建筑结构工程中有所应用，就需要建筑结构设计中的实际约束条件在与目标约束条件进行比较的过程中，能够使各个约束条件都满足行业规范的要求，从而很好地实现优化设计。
4.2优化设计方法的设定
建筑结构设计优化方法在建筑结构设计的应用过程中存在着诸多的变量及约束非线性优化的问题。因此在计算的过程中，一般采取的办法都是将约束优化的问题转换为无约束问题来进行求解。在优化设计方法的设定时，可以选择的计算方法有Powell法、拉式乘子法及复合形法。
4.3程序设计的完成
建筑结构设计优化方法在建筑结构设计的应用过程中，需要在选择可靠度较高的结构优化模型与优化设计计算方法的基础上，完成对运算速度快及功能齐全的综合程序的编写。 4.4优化设计方法的结果分析
在执行上述步骤的过程中，要考虑到各个方面所存在的问题。因为房屋建设本身是一项耗资庞大的建筑工程，在建设过程中，其所涉及到的环节都比较复杂，所以需要对其进行总体的规划与考虑，不能够为了追求降低成本而忽视了设计优化工作。另外在投资控制的过程中，还需要处理好经济与技术之间的问题。在设计过程中，不仅需要反对单纯的成本节约，不重视技术的要求，还需要反对只重视技术提升，而不进行成本节约工作。真正的优化设计方法应该是技术提升与资金节约两方面并重发展。
5.房屋建筑结构设计优化方法的具体运用
5.1结构平面图
在绘制结构平面布置图时，是否要输入结构软件进行建模，当建筑地处抗震设防烈度为6度区时，根据建筑抗震设计规范，是可以不用进行截面抗震验算的，但必须符合有关的抗震措施要求。因此对于砌体结构来说可以不用在软件中建模，直接设计即可。
5.2屋顶（面）结构图
当建筑是坡屋面时，结构的处理方式有梁板式及折板式两种。梁板式适用于建筑平面不规整，板跨度较大，屋面坡度及屋脊线转折复杂的坡屋面。折板式适用于相反的条件。两种形式的板均为偏心受拉构件。板配筋时应有部分或全部的板负筋拉通以抵抗拉力。板厚基于构造需要一般不宜小于120厚。此外梁板的折角处钢筋的布置应有大样示意图。至于坡屋面板的平面画法，通常使用剖面示意图加大样详图的表示方法。
5.3大样详图
在建筑详图的准确无误的基础上，大样详图的绘制可在建筑详图的基础上直接绘制，也可在以前做过的详图的基础上来局部改进绘制。这阶段需要注意在保持建筑外形的前提下尽量地使结构受力合理和施工方便。在标高和外形尺寸上一定要和建筑专业协调一致。
5.4楼梯
楼梯梯板要注意挠度的控制，梯梁要注意的是梁下净高要满足建筑的要求，梯梁的位置尽量使上下楼层的位置统一。局部不合适处可以采用折板楼梯。折板楼梯钢筋在内折角处要断开分别锚固防止局部的应力集中。注意梁下的净空要求，并要注意梯板宽度的问题。首段梯板的基础应注意基础的沉降问题，必要时应设梯梁。
5.5基础
基础要注意混凝土的标号选择应符合结构耐久性的要求。（通常情况下可采用C25）基础的配筋应满足最小配筋率的要求（施工图审查中心重点审查部位）。条基交接部位的钢筋设置应有详图或选用标准图。条基交叉处的基底面积不可重复利用，应注意调整基础宽度。局部墙体中有局部的较大荷载时也要调整基础的宽度。基础图中的构造柱，当定位不明确时应给予准确定位。
结束语
与传统的结构设计相比，采用结构设计优化方法可以使建筑工程造价降低。优化方法的技术性实现，可以最合理的利用材料性能，使建筑结构内部各单元得到最好的协调。所以，设计者应当综合考虑房屋的各种性能，选择最有助于实现房屋建筑综合效益的设计方案。在保障房屋安全和使用质量的前提下，设计者要用于创新，大胆实践，努力寻求更好的设计路线，应用现代化设计工具，更好地实现房屋结构设计的目标。
参考文献：
[1]关新.结构设计的优化方法与应用[J].科技与企业，2014，02：166.
[2]范国兴.建筑结构设计优化方法在房屋結构设计中的应用研究[J].鸡西大学学报，2014，08：23-25.
[3]刘强.浅析建筑结构设计中剪力墙结构的优化设计[J].江西建材，2014，19：44+48.
【关键词】高层建筑；结构设计；优化方法；作用
1.建筑结构设计优化的内涵
影响一座建筑物好坏的因素非常多。一般来讲，人们对建筑物的评价来源于三个方面：外形、结构和质量。
这些都和结构设计密切相关。房屋结构设计，不仅仅是整个建筑工程赖以实施的基本根据，更是一个建筑能否充分实现预定功能和目标的根本保障，是整个建筑工程的核心要素。
优秀的房屋结构设计方案，应当能够在有效控制成本投入，降低施工难度的基础上，充分利用城市中的空间资源和其它资源，大幅提升建筑物的实用功能和安全质量。要取得优秀的设计方案，需要对既有设计不断进行优化改良，从而最大限度地实现使用者对房屋的功能要求、质量要求和审美需要。同时，优化后的结构设计还能够有效帮助建设者节约资金，降低建设成本。
2.建筑结构设计优化的作用
建筑结构设计过程中，首先需要解决的问题就是建筑结构如何满足效益的长远化，在这个问题得到有效解决的基础上，再对建筑结构设计的合理性与经济性做到尽可能的优化。与传统建筑结构设计理念相比，当前所采用的建筑结构设计方法在建筑结构设计中的有效应用，能够有效降低工程成本，一般能达到10%到35%的效果。其次建筑结构设计优化方法的應用，还能够做到对建筑材料有效性与利用率的最大程度发挥，能够让建筑物的各个空间与整体能够达到相互协调的效果，并能够满足质量安全管理规定的要求。另外，建筑结构设计优化方案的应用，还能够对建筑物的原先设计起到完善的作用。所以，建筑结构优化方法对建筑结构设计起到重要的作用。
3.建筑结构设计优化方法
3.1分阶段优化与寿命优化
在限定时间内，每一个项目工程都有使用的期限，而且在每一个环节中，都可以设计出多种方案以供参考与挑选。也就是说，在每个阶段，都可以对方案进行优化。因此，房屋建筑结构的设计人员可在确定优化方法的时候，可以将各个阶段的性质作为依据，从而优化整体工程的寿命，并对建筑的施工质量予以保障，使得企业的经济收益能够有所增加。
3.2局部优化与整体优化
复杂性与层次性是任何一个项目建筑设计都具备的两大特点。从复杂性方面来看，其主要包括零部件的选取、建筑原材料的选取以及结构类型的选取等内容。从层次性方面来看，其主要包括建筑的结构体系、设计体系以及安装设计体系等，而在每一个体系之内又包括了很多个下属体系。在设计房屋建筑的时候，设计人员应该优化各个下属的系统，冲破各个布局间的横向关联，对工程进行叠加。因此，在建筑任何房屋的时候，优化的着眼点都应该是整体而非局部。只有这样，才能达到真正设计优化的目的。
3.3优化上部结构
要想模型建立与优化房屋建筑的上部结构，首先就要对剪力墙进行合理的布设，对剪力墙的质量均匀予以有效保证。这样，楼层的结构重心便能同楼层的平面刚度中心点实现重合，从而有效地削减了风力以及地震等外部荷载作用的扭转影响。如果房屋的类型允许的话，那么可以尽量使用大开间的剪力墙构造，并对剪力墙的墙肢长进行增加。这样做，不仅可以有效地对墙肢的数量进行缩减，还可以确保刚度能够与相关标准相符合，并以此作为前提与基础，有效地降低混凝土的使用数量。此外，因为剪力墙中的暗柱通常采用的都是钢筋建材，通过大开间的剪力墙构造应用，是可以有效缩减钢筋的使用数量。
3.4协调优化结构与建筑
对房屋结构进行设计的时候，应该尽可能地对建筑的结构与整体平面的配合紧密予以有效保证，使得结构合理、造型美观的效果可以有效的实现出来。对建筑墙与柱进行布设的时候，应该和房建平面的功能需求一样，每个房建的开间与进深等都应该保持一致。尽可能地简洁建筑系统，不可以让柱与墙之间出现错位的情况，而且每一层的截面面积与高度都应该是一样的。
4.建筑结构设计中优化方法的实现过程
4.1结构优化模型的确立
建筑结构设计优化方法在应用的过程中，需要通过三个步骤来完成。首先是做好对设计变量的选择工作。通常在设计中，会把对设计起影响作用的参数当作为设计变量，这其中包含了目标控制参数、约束控制参数等设计变量。在建筑结构设计当中，对于变化范围不大及在局部性设计时就能满足的设计要求参数，一般将其设为预定参数，通过采用这种方法，能够有效减少设计、编程及计算等方面的工作量。其次是对目标函数的确定。在设计当中，找到一组能够满足预定值的截面几何与钢筋截面积，从而降低工作造价。最后，确立约束条件。在房屋结构设计中，其存在的可靠度优化约束条件包含了应力约束、变形约束、结构单元约束、尺寸约束等各种约束条件。在建筑结构设计过程中，要使结构优化设计在建筑结构工程中有所应用，就需要建筑结构设计中的实际约束条件在与目标约束条件进行比较的过程中，能够使各个约束条件都满足行业规范的要求，从而很好地实现优化设计。
4.2优化设计方法的设定
建筑结构设计优化方法在建筑结构设计的应用过程中存在着诸多的变量及约束非线性优化的问题。因此在计算的过程中，一般采取的办法都是将约束优化的问题转换为无约束问题来进行求解。在优化设计方法的设定时，可以选择的计算方法有Powell法、拉式乘子法及复合形法。
4.3程序设计的完成
建筑结构设计优化方法在建筑结构设计的应用过程中，需要在选择可靠度较高的结构优化模型与优化设计计算方法的基础上，完成对运算速度快及功能齐全的综合程序的编写。 4.4优化设计方法的结果分析
在执行上述步骤的过程中，要考虑到各个方面所存在的问题。因为房屋建设本身是一项耗资庞大的建筑工程，在建设过程中，其所涉及到的环节都比较复杂，所以需要对其进行总体的规划与考虑，不能够为了追求降低成本而忽视了设计优化工作。另外在投资控制的过程中，还需要处理好经济与技术之间的问题。在设计过程中，不仅需要反对单纯的成本节约，不重视技术的要求，还需要反对只重视技术提升，而不进行成本节约工作。真正的优化设计方法应该是技术提升与资金节约两方面并重发展。
5.房屋建筑结构设计优化方法的具体运用
5.1结构平面图
在绘制结构平面布置图时，是否要输入结构软件进行建模，当建筑地处抗震设防烈度为6度区时，根据建筑抗震设计规范，是可以不用进行截面抗震验算的，但必须符合有关的抗震措施要求。因此对于砌体结构来说可以不用在软件中建模，直接设计即可。
5.2屋顶（面）结构图
当建筑是坡屋面时，结构的处理方式有梁板式及折板式两种。梁板式适用于建筑平面不规整，板跨度较大，屋面坡度及屋脊线转折复杂的坡屋面。折板式适用于相反的条件。两种形式的板均为偏心受拉构件。板配筋时应有部分或全部的板负筋拉通以抵抗拉力。板厚基于构造需要一般不宜小于120厚。此外梁板的折角处钢筋的布置应有大样示意图。至于坡屋面板的平面画法，通常使用剖面示意图加大样详图的表示方法。
5.3大样详图
在建筑详图的准确无误的基础上，大样详图的绘制可在建筑详图的基础上直接绘制，也可在以前做过的详图的基础上来局部改进绘制。这阶段需要注意在保持建筑外形的前提下尽量地使结构受力合理和施工方便。在标高和外形尺寸上一定要和建筑专业协调一致。
5.4楼梯
楼梯梯板要注意挠度的控制，梯梁要注意的是梁下净高要满足建筑的要求，梯梁的位置尽量使上下楼层的位置统一。局部不合适处可以采用折板楼梯。折板楼梯钢筋在内折角处要断开分别锚固防止局部的应力集中。注意梁下的净空要求，并要注意梯板宽度的问题。首段梯板的基础应注意基础的沉降问题，必要时应设梯梁。
5.5基础
基础要注意混凝土的标号选择应符合结构耐久性的要求。（通常情况下可采用C25）基础的配筋应满足最小配筋率的要求（施工图审查中心重点审查部位）。条基交接部位的钢筋设置应有详图或选用标准图。条基交叉处的基底面积不可重复利用，应注意调整基础宽度。局部墙体中有局部的较大荷载时也要调整基础的宽度。基础图中的构造柱，当定位不明确时应给予准确定位。
结束语
与传统的结构设计相比，采用结构设计优化方法可以使建筑工程造价降低。优化方法的技术性实现，可以最合理的利用材料性能，使建筑结构内部各单元得到最好的协调。所以，设计者应当综合考虑房屋的各种性能，选择最有助于实现房屋建筑综合效益的设计方案。在保障房屋安全和使用质量的前提下，设计者要用于创新，大胆实践，努力寻求更好的设计路线，应用现代化设计工具，更好地实现房屋结构设计的目标。
参考文献：
[1]关新.结构设计的优化方法与应用[J].科技与企业，2014，02：166.
[2]范国兴.建筑结构设计优化方法在房屋結构设计中的应用研究[J].鸡西大学学报，2014，08：23-25.
[3]刘强.浅析建筑结构设计中剪力墙结构的优化设计[J].江西建材，2014，19：44+48.