建筑结构体系优化设计中的多目标优化策略研究

王志强

新疆库尔勒市 841000

摘要：新的社会经济发展形势背景下，为提高建筑工程的质量和水平，设计人员需积极优化整体建筑结构，促使建筑工程项目更加安全、稳定、美观，并且充分满足各方需求。设计建筑工程项目过程中，设计人员应积极优化整体结构设计工作，系统考量如何形成更完善的设计体系，提高建筑结构设计效果。

关键词：建筑结构体系；优化设计；多目标；优化策略

引言

传统房屋建筑结构设计在建筑设计时往往仅考虑满足用户的功能要求和国家的设计规范标准要求,势必导致设计中存在材料选型过于保守,用量不够精确,导致无形增加结构自重,造成建造成本增大,资源浪费等一系列问题。随着人们对建筑功能的要求越来越高,这一问题变得更加突出。因此,设计人员应从建筑、结构、施工、节能环保等多个方面综合考虑,进行建筑结构优化,在保证质量的基础上,提供资源配置更合理,功能价值、审美价值和经济价值平衡、统一的更科学的建筑结构设计方案[1]。

１建筑结构优化设计方法概述

所谓建筑结构优化设计的方法，具体指的是设计人员在系统考虑施工便利的基础上，融入美学、艺术学内容，并考虑房屋功能、建设目的等内容的结构设计方法。设计人员在进行结构设计时，需要选择外形比较美观与安全的相关方案模型［１］，进而提高建筑工程质量水平，以此逐渐达到提高建筑安全性、美观性并控制建设成本的目的。设计人员在开展建筑结构设计的相关工作时，应优选建筑结构优化设计方式。建筑结构优化设计方法的特点包含如下：一是该方式融合了各个学科，包含的知识面整体较广泛；二是结构设计方法对建筑外形的美观性提出了比较高的要求；三是根据此方法建设出来的建筑物质量安全系数比较高；四是相对节能环保，可充分满足建筑经济性的相关要求，逐渐达到保护环境的目的；五是设计思路比较新颖，并且结构形式也比较创新。由此可知，对比传统的设计方式，结构设计优化方法的优势非常显著，因此设计人员应应积极将其应用并推广到建筑结构设计中。

2绿色节能理念在建筑结构优化设计中的应用

2.1绿色节能理念下建筑结构优化设计原则

2.1.1　节约原则

建筑结构优化设计应遵循节约原则，着眼于建筑结构设计中存在的资源浪费、环境污染问题进行结构性优化设计，在充分利用土地资源、提高空间集约化与利用率的基础上降低建筑结构设计方案的能耗量与材料用量，减少暖通空调系统与照明系统的使用，推进建筑使用过程中的节水节电。

2.1.2　舒适原则

建筑结构优化设计应充分考虑建筑的功能特点以及空间布局，在结构设计中充分运用自然资源如自然光、自然风等，为建筑采光、采暖与通风提供更加舒适天然的环境，满足建筑多样、丰富的功能设计需要。同时，建筑结构优化设计应通过空间结构的合理利用与最大化处理为住户提供更舒适的居住空间。

2.1.3　整体和谐原则

绿色节能理念下的建筑结构优化设计应充分体现与自然环境的整体和谐性、与生态系统可持续发展的整体平衡性。结构设计应结合现场的气候环境条件因地制宜，如纬度较低、气候常年炎热湿润的区域，其建筑结构多采用外廊式，内部以大开间、通透式为主，满足室内通风与防潮的需要，改善建筑室内居住环境。如在我国季风性气候为主的区域，其建筑结构设计时应采用向南向西15°设计，利用当地一年四季的主导风向提高建筑室内的自然通风条件，减少暖通空调系统的使用。

2.2建筑结构优化设计方案

2.2.1　建筑整体与局部结构优化

建筑结构是由柱、墙、基础、梁、板等建筑构件构成的骨架结构，可以承受各构件的相互作用力以及外部荷载力。在建筑结构优化设计时，应对各个局部结构进行优化设计。在基础结构优化设计上，应根据现场实际岩土工程地质情况以及建筑层高与功能特点等选择适宜的地基基础类型，充分利用地下空间设计储藏室与停车场，合理设计桩基础埋深、设置沉降缝，并通过科学地对比论证确定最终基础结构设计方案。在结构体系优化设计上，当前常用的建筑结构体系包括混合结构体系、框架结构体系、剪力墙结构体系、框架剪力墙结构体系等，其中混合结构体系具有较好的侧向刚度，其平面柔性不足，更多应用于层数在6层内的建筑工程；框架结构体系具有良好的力学性能，对于水平与垂直方向的载荷具有较好的承受能力，更多应用于层数在15层内的建筑工程；剪力墙结构体系的侧向刚度优于混合结构体系，但其空间布局受限，墙体之间空间狭小，不适宜用于公共建筑工程。

结构体系优化设计应综合考虑建筑的层高、层数、平立面、荷载、柱网大小等选择适宜的结构体系，积极采用新型结构。例如，可以使用格子墙，这是一种自压缩的非振动结构，通过混凝土和结构梁的有效结合，可以在膜壳中形成新型的混凝土墙。在使用格子墙时，应根据建筑墙的需要调整膜壳。

同时，应计算抗压强度，防水抗冻性数据，以确保结构设计的效果。在结构构件优化设计上，应尽可能选用工业化批量生产的预制构件，一方面可以减少构件定制化加工生产产生的资源浪费与环境污染，保证建筑结构优化设计的节能性要求；一方面可以通过高精度的结构构件提高建筑结构优化设计的精度与质量。

2.2.2　建筑结构阶段性优化与寿命优化

建筑结构优化设计应充分考虑建筑结构的阶段性优化，通过概念优化设计、结构布置设计、构件截面设计、地基基础设计、构造措施设计等环节完成建筑结构的优化设计。根据建筑功能特点科学确定建筑结构布置方式后，需对建筑结构的受力情况进行量化分析，以确定最优的结构参数，保证建筑结构的耐久性与安全性。以钢结构设计为例，设计人员需要有效控制建筑物的自重，有效地调整垂直结构元件的载荷和重力，并确保建筑工程的安全性和质量，充分发挥钢结构的施工优势。设计人员应将建筑主体设计设定在重点范畴，重视关注结构基本构建，持续提高设计精细化程度。

例如，在建筑施工环节中，矩形现浇板块设计发挥出了重要作用，设计人员应在设计过程中持续丰富考量内容，促使设计更加全面的同时，避免出现裂缝问题。随着社会信息化技术应用范围的不断拓宽，计算机在各个行业与领域发挥出了重要作用，设计人员需充分衔接计算机技术、设计理念，在不断解决优化设计中的各种问题的基础上，推动工程问题转向数学问题。同时，设计人员要积极迎合时代发展步伐，不断优化自我，培养锻炼自己的计算机技术水平，以此才可掌握更多的优化设计方法。

3结论

随着我国建筑业的不断发展,只有从建筑、结构、施工、节能环保等多个方面综合考虑,采用用新型项目管理模式,引入先进分析技术以及选用装配式建筑结构等方法,对建筑结构进行优化,才能同时达到科学化布局建筑空间,提高施工效率缩短工期,减少资源消耗降低施工成本,设计出集功能性、经济性、艺术性于一体的绿色节能的现代建筑。

参考文献:

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