摘要：本文首先探討了建筑結構優化設計的基本理論，然后研究了建筑結構優化設計的策略、安全與經濟，具有較強的價值和意義，供參考。

　　關鍵詞：建筑結構;優化設計;策略

　　Abstract: this paper first discusses the building structure optimization design of the basic theory, and then studied building structure optimization design strategy, security and economic, and has strong value and significance, for reference.

　　Keywords: building structure; Optimization design; strategy

　　中圖分類號：TU318 文獻標識碼：A 文章編號：

　　1建筑結構優化設計的基本理論

　　建筑結構的優化設計主要體現在建筑工程的決策階段、設計階段、建設階段。在建筑工程的決策階段，確定結構優化設計所要達到的總體目標，滿足本體功能，最大程度保障安全性，縮減投資成本;在建筑工程的設計階段，確定每一個子系統及整體結構的優化布局;在建筑工程的建設階段，以結構優化設計為建設原則，組織建設好每一個子系統從而實現整體結構優化布局。決策階段結構優化選擇是關鍵，設計階段結構優化設計是核心，建設階段結構優化建設是基礎，3個階段互相驗證、互為補充、缺一不可。

　　建筑結構優化設計的基本要求:

　　(1)功能性

　　建筑是人類的基礎物質生存環境，建筑結構優化的終極目標就是為了滿足人類對物質生存環境的最大化需求。對功能性的滿足也不再局限于傳統的實用性功能，而是增添了舒適性、美觀性、協調性等多種新元素，滿足人類對基礎物質生存環境的更高要求。

　　(2)安全性

　　建筑作為人類生存的基礎生存環境，與人類的生產、生活緊密相關，安全性成為建筑結構優化設計的必然考慮因素。一味追求建筑結構的優化設計，忽略決策階段、設計階段、建設階段的安全性，其作為建筑不但沒有任何實際意義，反而會給人類正常生產和生活帶來致命的危害。因此，安全性是結構優化設計中的必然考慮因素。

　　(3)經濟性

　　建筑結構優化設計的經濟性是市場經濟條件下對資源配置提出的新要求。經濟性是指通過建筑結構的優化設計，最大化的節約各種材料資源，達到減少建設成本的目標。另外，各種材料資源都存在一定的稀缺特性，建筑結構的優化設計能科學合理的減少材料的使用量，節省建設材料使用成本。

　　(4)環保性

　　建筑結構設計的環保性是繼經濟性之后的一大更高要求，建筑結構優化設計過程通過材料選用品種的環保、整體布局的環保來體現可持續的發展理念。在建筑資源的材料選用方面，在保證建筑本體功能性、安全性的基礎上，最大可能的選擇節能環保型材料，同時，在結構優化的整體布局中，不僅強調建筑主體內部結構的統一與環保，也包括建筑建設過程中廢舊材料的處理與應用，更不能忽略建筑未來使用過程中對環境產生的重要影響。另外，材料選用的環保、整體布局的環保也是結構優化設計過程中安全性的體現。

　　2建筑結構優化設計的策略、安全與經濟

　　2.1結構優化設計中的材料選用

　　基于物理學與建筑學的基本原理，建筑結構各個點、線、面都呈現出一定的力學承載力特征，而力學承載力本身的載體就是材料，通過各種材料的配置，加強構件的強度、剛性與延展性，鋼筋混凝土材料的打造適應了這一趨勢。工程實踐證明，鋼筋混凝土的結構設計中，梁柱是主要的承受載體，打造鋼筋混凝土梁柱能局部提高梁柱的抗壓力。因此，在工程建設實踐中，采用高標號的鋼筋混凝土，可以減少梁柱等構件的橫截面，減輕結構本體的重量，同時也擴大了使用空間;而梁板以受彎為特性，采用高強度鋼筋，能科學合理的減少鋼筋的使用量。另外，結構建設者應科學合理的匹配鋼筋混凝土結構中鋼筋與混凝土的投放比例，最大限度發揮鋼筋混凝土復合材料的復合特殊性能，所以在高層建筑結構中，在結構的轉換層、受力復雜的銜接點部位與大跨度結構上，采用型鋼混凝土、預應力混凝土是比較好的選擇，同時保證高層建筑功能性、安全性、經濟性的最大化性能發揮。在建筑結構設計與建設過程中，存在非常多的鋼筋混凝土現澆板中混凝土標號過高的情況，一味追求高標號混凝土是沒有任何意義的，高標號的混凝土無法理想發揮其強度性能，反而為抵抗高強混凝土較大的收縮變形和滿足最小配筋率要求，板中鋼筋的配筋量卻相繼增加，直接導致鋼筋的使用量增加，間接影響工程投資成本的提高。

　　此外，隨著近年來地震、洪水、泥石流等自然災害的不斷增多與強度提高的趨勢，對建筑材料的抗震性、抗水性、抗土性提出了新的要求，因此，在建筑結構優化設計的決策階段、設計階段、建設階段，都必須考慮材料的品種、質量、價格、對周圍環境的適應程度，在最小化犧牲經濟性的同時，最大化保證建筑結構的功能性、安全性、環保節能性。

　　2.2結構優化設計中的構件布置

　　建筑結構優化設計中的構件布置主要涉及梁、柱子、剪力墻的布置與設計。目前，高層建筑的結構設計大多采用框架-剪力墻結構體系，這種體系由鋼筋混凝土框架和鋼筋混凝土剪力墻2部分組成，框架的梁柱為剛接，框架與剪力墻可為剛接，也可為鉸接。高層建筑體日趨復雜，各種不同功能的建筑用房綜合在一起，組成形態各異的高層建筑，給建筑結構優化設計增加了一定的難度。而框架-剪力墻結構體系具有靈活組成使用空間的優點，比較容易滿足建筑物的使用要求，而且框架-剪力墻結構體系有較高的承載力，較好的延伸性和整體性，并且具備很強的吸收地震力的能力，從而大大減小了結構本身的側移。因此，在建筑結構優化設計的實踐過程中，在框架-剪力墻結構設計中，剪力墻剛度的確定除了必須滿足強度條件外，還必須使結構具有一定的側向剛度?；诖?，剪力墻剛度的大小將直接影響到結構的安全性及工程造價成本。另外，在框架-剪力墻結構初步設計階段，簡捷、準確地確定框剪結構中剪力墻最優數量，即可避免重復、繁瑣的結構剛度調整計算，還可以達到減少經濟成本的目標。

　　梁的選用與布置。常規梁經濟性最好，但嚴重影響建筑層高，尤其是在目前土地資源有限的情況下，最終還是無法實現社會整體經濟效益的最大化;寬扁梁能減少梁的截面高度，增加建筑物的凈高。在建筑物總高度限制的情況下，可以增加層數，以獲得更多的建筑面積。但寬扁梁在經濟指標上與常規梁相比并不是最優，由于y方向截面高度減小，使得縱向鋼筋的配筋率較高，同時撓度偏大。在跨度進一步加大的情況下，也可采用預應力梁，以滿足建筑物的特殊要求，但費用較高。此外，高層建筑框架柱截面大小主要由軸壓比控制，在上部軸力一定的情況下，可以通過加大柱截面、提高混凝土設計強度、加大柱箍筋、采用鋼混凝土柱等不同方法來控制柱軸壓比，最大化程度保證功能性與安全性。

　　2.3結構優化設計中的整體布局

　　為實現這些目標，建筑結構決策者與設計者須從結構優化設計的全局觀念出發，利用結構設計中的點、線、面，確定建筑結構設計的總體布局，處理好點、線、面之間的架構關系，借助于材料的選用、構件的布置，充分發揮單個構件與整體結構的配合與協調，使之能實現最佳受力狀況，既實現整體結構良好的承重力、剛性與延展性，也實現單個構件的最大化與最佳化利用，保證達到建筑設計的國家質量標準，實現建筑功能性、安全性與經濟性的多重目標。

　　結語

　　通過建筑結構的優化設計，是實現建筑本體功能與控制建筑造價成本的重要手段。另一方面，建筑投資者或開發商不能過分強調結構優化設計的經濟性，通過減少材料、降低技術、放低質量標準來追求經濟性，同時也反對一味重視技術要求、忽略經濟成本的做法。結構優化設計的終極目標是實現建筑的本體功能性、安全性、經濟性與環保性。因此，在保障全面發揮建筑本體功能性、保證安全性的條件下追求建筑投資建設的經濟性與環保性是建筑建設的科學合理選擇。為了實現這一目標，未來的建筑結構設計者將遵循功能性、安全性、經濟性、環保性四位一體的設計思路，真正實現未來建筑結構的優化升級，為人類提供一個更好的物質生存與發展環境。

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