关于建筑结构优化设计的相关思考_刘洪.pdf

/2023.4 未来城市设计与运营62BIM&Intelligent Construction BIM+智能建造关于建筑结构优化设计的相关思考 刘 洪 中国建筑西南设计研究院有限公司在建筑工程建设中，各种因素都会对设计产生影响。此外，建筑结构优化设计同样至关重要。许多设计企业在设计过程中往往会忽视结构设计优化工作，导致该项工作存在的问题较大，会带来一定的负面影响。一方面使工程成本增加，另一方面延误施工时间，甚至影响建筑结构的安全。城市化在我国发展进程不断加快，越来越多的工程项目和日益扩大的规模给建筑结构设计提出了新的课题。设计企业在建筑结构设计工作上承担着较大的社会责任，应进一步加大力度做好设计优化。而在建筑领域应用建筑结构优化设计理念时间并不长，因而在应用过程中，许多建筑结构设计人员缺乏相关方面的丰富经验，有关方面的研究也相对欠缺，造成在实际建设中各种矛盾问题较多，仍处于摸索前进中，实践应用经验不多，亟待进一步创新和改进目前的建筑结构优化设计机制，促进建筑结构优化设计水平有效展，不可一味追究低成本而采用廉价劣质的建筑材料，使其使用价值降低1。二、建筑结构优化设计的相关途径（一）建筑结构设计中对模型的优化结构设计优化中的变量不单一，多个参数中必须确定最重要的参数，进而建立函数模型，从而获得最佳参数。在建模时要注重设计变量的正确选择，进而保证建模的科学性和合理性，再明确目标函数，对比和选择最优的函数，并获得最优解，最后对约束条件进行确定，明确合适的强度、尺寸、应力和弹塑性等2。此外，为确定符合设计要求的约束条件，设计人员应当对设计方案不断优化和完善，在计算时，要通过一定的举措，将约束条件转变为非约束条件，进而保障有序开展设计优化工作。同时，还必须对各项变量因素进行综合考量，从多个计算方式中选择最合适的，提升。一、建筑结构优化设计的相关理念当前，建筑行业的发展日新月异，在逐步深入展开研究的同时，也改变了社会对建筑结构各项设计性能的需求，因此逐渐更新了以下理念：一是建筑安全性能提升。建筑安全性能是建筑保证建筑使用者安全使用建筑的基础，在优化过程中不得忽视安全性方面的内容。二是改善建筑的功能性。目前，保障人们正常生活和工作是建筑的主要使用功能，而建筑不仅具备这些功能，还可以拓宽其他用途。因此，要改善和增加建筑的用途和功能，更好适应使用者的需要。三是美化建筑结构，维护绿色生态环境。建筑在建造和使用时，可能会对周边环境产生影响，要注重与周边环境相融合，减少对环境的污染，采用绿色环保材料，坚持与自然环境和谐共生。四是建筑一般具有一定的使用寿命，为实现其将来的永续发摘要：从我国最近几年的建筑工程建设来看，建筑结构优化设计是其设计工作的一项重要环节，会对后期房屋使用安全产生较大影响。所以，在建筑结构设计实践过程中，必须秉承优化设计理念，落实优化设计措施。本文首先阐述了建筑结构优化设计的相关理念，并从模型优化、流程优化、组件优化、BIM 技术应用、基础结构优化等方面对建筑结构优化设计的相关途径进行了归纳和分析，最后从现代信息技术应用、结构平面布置优化、抗震性能化设计应用等方面对其相关应用措施进行了探讨。关键词：建筑工程；结构设计；优化设计未来城市设计与运营 2023.4/63BIM&Intelligent ConstructionBIM+智能建造达到优化整个建筑结构的目的。最后，将相关数据录入到计算机程序中，并进行计算和分析，并获得最后结果，将形象具体的数据结果呈现给设计人员。在此期间，必须依靠专业人员利用计算机编程技术完成，设计人员也必须对相关方面的专业知识有所涉猎，了解基本计算原理，发挥软件的功能和作用，以准确判定计算结果是否切实可行。（二）建筑结构设计中对流程的优化建筑结构涉及多方面的因素，因此必须全方位考虑，做好建筑结构设计。必须通过预先设计和测算建筑承重的构建，对其大小、形状及材料进行确定，提前对内部钢筋构造绘制工程图样等，建筑结构设计环节对整个施工过程至关重要，为各个施工阶段提供指导。目前，大部分采用以下流程作为建筑结构设计的基本流程：先设计结构布置方案，再通过结构分析软件计算，结合计算结构，最后绘制成二维 CAD 图，该图中包含了构件的布置、尺寸及配筋等内容3。在CAD 的基础上绘制设计图，准确性不高、不直观且与其他专业协同性不高等弊端，无法为施工提供准确可靠的依据，造成施工图信息与算量信息之间存在较大的偏差，与实际需求不符，因此，应对建筑结构设计技术进行不断更新和优化。（三）建筑结构设计中对组件的优化在建筑工程项目当中，剪力墙结构、框架结构是不可或缺的关键部分，结构的优化指的就是对组件进行优化设计。其中，针对剪力墙结构部分，要注意同时保证竖向刚度与侧向刚度，以满足设计要求。此外，要严格控制好剪力墙的刚度与数量，便利计算的准确性。框架梁使用的横梁要尽可能宽和平，断面高度可适当降低，增加建筑物净高，选择合适的轴压比，增强框架柱的稳固性，在上部轴力确定的情况下，适当加固框架柱部分4。（四）建筑结构设计中对 BIM技术的应用将 BIM 技术引进到后期优化设计当中，能进一步改善设计参数的精准度，对结构设计空间布局进行合理优化。设计可视化是该项技术最大的优势，能有效处理好参数设置误差、组件碰撞等技术性问题5。在实际应用该项技术时，可在系统中输入一些目标建设区域的具体参数，通过准确的自主计算实现设计目标，还可以在核算工程造价和预测施工进度等方面应用，以此改善成本控制，确保科学合理地建立模型，并将绿色可持续发展理念贯穿在建模过程中。（五）建筑结构设计中基础结构的优化在设计优化桩基础的过程中，必须与灌注桩与预制桩相结合，充分考虑各自的优缺点，灌注桩造价低且承载力较高，而一般预制桩造价高且承载力不足。因此，针对主楼部分基底压力较大适合使用灌注桩，而裙楼基底压力较小的部位适合选择预制桩。三、建筑结构优化设计的相关应用措施（一）建筑结构设计中对现代信息技术的应用当前，一些现代化信息技术能广泛应用于建筑结构设计领域中，例如 BIM 技术就是典型代表，利用该技术可构建结构设计三维模型，在系统中充分融合建筑工程多方面的信息，提升设计优化工作效率，且能结合数据模型的计算结构，对结构各个细节进行深入分析，进而全面优化设计方案。信息技术比传统结构设计参数计算准确度更高，其主要优势体现在数据化、立体化、可视化，能直观地呈现三维立体模型，为设计人员不断提高和优化结构设计提供依据，提升设计质量，为建筑结构设计和施工提供依据6。（二）建筑结构设计中对结构平面布置的优化对于结构布置的整体而言，必须坚持简单原则，还必须展现规则化的特点。选择在建筑周围或门窗洞口上下对齐的部位设置剪力墙，布置时要保证两个主轴方向靠近侧向刚度进行，且两个方向的刚度差必须控制在20%以内，短肢剪力墙在其中布设的数量要尽量减少，必须和建筑之间进行有效衔接，防止对建筑外立面或造型形成不利影响。注意合理布设剪力墙，在布置梁或者柱的过程中，避免出现大跨度情况，尽可能少使用型钢梁柱7。充分应用设备管井隔墙下的结构小梁，适度调整板顶附加钢筋，严格控制混凝土使用量，并从根本上控制好钢筋的整体使用量。而对楼板的厚度与大跨度双向板，一般采取将跨度的1/40作为衡量指标。与此同时，通过采取一定的措施达到裂缝及挠度等方面的需求。在布置地下车库过程中，通过联系方案方或甲方，经过一定的交流和协商，与基础形式相结合，/2023.4 未来城市设计与运营64BIM&Intelligent Construction BIM+智能建造基于浅基础的实际，考虑经济性方面的需求，更适合选择小柱网。而在设计和优化梁板结构形式方面，可充分考虑不同的情况，分析比对现有结构方案，全面分析各方面的因素条件。各地区的情况不同，梁板形式也存在差异，必须结合实际差异化选择，以此达到优化完善结构的目的，同时能从根本上节省成本开支。（三）建筑结构设计中对抗震性能化设计的应用为提升整体建筑结构体系的设计效果，设计人员不仅要对基础结构稳定性进行考量，而且要严格把控整体结构抗震性，对该性能的各方面的影响因素进行明确，进而达到抗震性能最优化8。例如某高层建筑结构设计中可以通过合理优化框剪结构体系，从而有效提高建筑结构刚性和抗震性能，详见图 1。设计人员通过使用一些先进软件进行全面评价，如BIM技术不但能指导设计人员合理评估各个结构位置的抗震效果，还能帮助其精确计算分析，对各个故障点进行合理处理，便于顺利进行优化。四、结语综上所述，从我国最近几年的建筑工程建设来看，建筑结构优化设计是其设计工作的一项重要环节，会对后期房屋使用安全产生较大影响。所以，在建筑结构设计实践过程中，必须秉承优化设计理念，落实优化设计措施。建筑结构设计问题不仅影响房屋建筑质量，而且对人的影响也很大，人们的日常生活都会出现不便利之处。目前，在建筑结构优化设计过程中，应充分利用相关的现代新设备、新材料，与先进的新型施工技术相结合，全面了解和调查相关情况，采取相应的措施处理，进而帮助人们改善居住环境，并有效提升整个房屋建筑工程的安全和建设质量。参考文献：1 赵祖儿，葛健良.高层建筑结构设计存在的问题及优化措施分析 J.建设科技，2021(11)：94-97.2 管夏.基于性能化设计方法的某超限高层建筑结构设计 D.湘潭：湘潭大学，2019.3 何辉，吴海，刘致君.房屋建筑结构设计中优化技术应用探讨 J.城市建筑，2020(30)：119-121.4 王琴，何嘉，郑剑.建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的应用 J.建设科技，2020(4)：63.5 邓超，王涌全，谢静.结构设计优化在建筑设计中的应用 J.工程技术研究，2019(15)：152-154.6 蓝天宇.BIM 技术在建筑工程结构设计阶段的应用研究 D.南昌：华东交通大学，2019.7 张世林，吴新勃，张学清.油田房屋结构设计中的建筑结构设计优化探讨 J.化工管理，2019(17)：66-67.8 马寅杰.建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的应用 J.城市建设理论研究(电子版)，2019(15)：85-86.图 1 某高层建筑框剪结构平面布置示意图