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【论建筑结构设计的优化问题】建筑结构设计优化

及实例

在建筑领域内，数字计算机和相关的数字技术，不仅能够让从业
者轻松自如的完成数据分析和计算、项目设计和出图等一系列工作。
而且它也带给了我们许多“新体验”。比如说：建筑结构设计优化。经
验告诉我们，在以数字计算机为操作平台，以数学、力学等学科为参
考的建筑结构设计优化工作，不仅能够辅助结构师进行项目“可执行
性”（传统结构设计）这一主要工作，同时，它也能够对结构设计的“安
全性”、“经济型”等有关问题起到权衡利弊的作用。毫无疑虑，建筑结
构设计优化为日趋复杂、多元化的建筑实现了强有力的结构架设保障。
而在具体的工作中，如若想真正达到经济和合理双收益的工作目标，
我们必须要严格把握相关的方式方法和技术手段。
一、建筑结构设计优化的好处
我们都知道，在传统的建筑结构设计中，设计者通常会根据设计
要求，然后结合以往的经验，参考近似的设计方案，以判断的方式去
着手进行相应的设计方案，在此之后，再去进行有关“强度”、“刚度”、
“稳定”等相关方面的计算。在运用此方法进行结构设计时，如果条件
允许的话，设计者还会从结构布局、结构外形、材质选择等方面入手，
去寻求一个更为合理的设计方案，而在力学分析方面也仅仅是起到了
一个核对查考、比较验证的作用。于是，传统的建筑结构设计就暴露
出以下这么几种主要弊端：①工作量大、效率低下；②由于时间限定
和设计者经验不足等内外因素，致使所敲定的设计方案并非是最为理
想、科学的方案；③以分析和计算各种外界因素作用下的受力、变形
等力学反应为工作目标，未达到设计这一层面。
然而，伴随着数字技术等科学技术的崛起、涌进，我们人类的思
维、感想等各种与设计有关的因素，也不断地被充溢和改变着。这时
候，只能够起到“分析”作用的传统结构设计方式就明显的有些力不从
心了。因为，在现如今，不管是任何一种设计，其除了要满足设计对
象的工艺性能等艺术特征，可靠性、安全性等使用性性能之外，还要
做到设计对象被生产时，达到消耗最低、误差最小、费用最低等目的。
而建筑结构设计优化，就是如此。
事实证明，建筑设计优化能够做到：“将设计周期缩短到最小范
围，节省大量人力，提高设计质量及水平，从而，最终取得显著的经
济和社会效益。”而建筑结构设计优化是如何做到这点的呢，这要从
其方法和技术上谈起。
二、建筑结构设计优化的方法
和所用结构设计优化一样，建筑结构设计优化的主要特征是让
“参与计算的部分以变量的方式”出现。通俗的讲，就是在设计过程中，
在符合各种相关规范、规定条例之下，将所有能够实现结构设计的方
案全部罗列出来。而后，在数学手段的辅助之下，按照设计预定要求，
从中挑选一个“可执行性”、“科学性”和造价最低等各种优势兼顾的最
优方案。而具体到方法的应用上，建筑结构和工程造价是两个最为明
显的突破口。
（一）建筑结构
建筑抗震设计要求建筑平面宜规则、简单、对称，减少偏心，平
面的长宽比不宜过长、平面凹凸不能太大，竖向抗侧力构件尽量连续
等。因此建筑设计师在建筑方案设计阶段全局考虑尤为重要！同时结
构师参与建筑方案的设计也是很有必要的。建筑方案规则合理了，结
构设计师再在受力分析及概念设计方面进行计算分析、合理调整。就
能做出完成一个既经济有安全的结构，做到既节省又节能的要求！大
量工程实例表明，不规则的建筑方案很大程度上使得结构师在优化设
计上显得有些力不从心。
对于一项工程而言，从建筑工程的结构入手，是设计师最长使用
的结构设计优化办法。诚然，建筑结构总体是由若干个分部结构构建
而成的，而建筑分部结构又可被分为：“基础结构”（建筑框架）、“屋
盖结构”、，“围护（墙体）结构”以及“结构细部”（如：门窗、地板等）
等多个方面。于是乎，每一个分部结构都成为了设计师使用结构设计
优化的突破口，在具体操作时，设计者便可以在相关规定要求范围之
内，围绕造型、选材、布局、位置、力学、造价等各个优化设计关键
因素去结合具体情况（建筑师等相关人员的需求），本着经济效益、
安全系数“双丰收”的方针，由片面（每一个分部结构）及全面的进行
建筑结构优化设计。
（二）工程造价
经试验证明，在建筑工程项目中，正确使用建筑结构优化方法，
可以让工程造价降低到5%-30%（就现况而言，但随着技术的革新，比
率会越来越高）。所以，在保证建筑内部各个分支能够相互协调，保
障建筑的安全性、合理性，结构可靠度的情况之下，合理的利用建筑
材质材料，是降低工程造价的最直接的方式。于是，这也就成为建筑
结构设计优化方法的另一个“着陆点”。
综上所述，我们不难看出：从正确的“入口”使用建筑结构设计优
化方法，是实现建筑适用性能高、安全性能高、成本低廉等优势行之
有效的途径。而在具体应用上，我们还要毫无纰漏的应用技术手