工程结构优化设计基础（工程结构优化设计基础程耿东）

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本文目录:

• 1、房屋建筑结构设计优化的策略？

• 2、绿色建筑结构优化设计研究？

• 3、想要优化房屋结构，应该怎么优化呢？

• 4、建筑结构优化设计的思考？

一、房屋建筑结构设计优化的策略？

本文以房屋建筑工程结构设计为研究对象，对其在时代科技化、智能化领域中的应用优化策略进行分析。通过对房屋建筑结构设计基本原则的阐述，从数字技术、创新理念、细部结构、仿真环境、数据模型这五个方面，细化论证房屋建筑结构的设计优化策略，为相关研究与应用提供参考。

房屋建筑是现代城市中的重要空间，为居民的日常工作与生活创造室内环境。在生活质量不断提升的背景环境下，对于房屋建筑的要求也日益提升，这就需要建筑工程设计人员，在进行结构设计的过程中，坚守建筑设计基本原则，并在时代科技化背景环境下，利用行业的发展优势，对工作内容进行创新管理，增强房物建筑结构设计优化的实用价值。

1房屋建筑结构设计原则房屋建筑结构设计中，功能性是其基本属性。尤其在社会经济环境高速发展的背景下，人们需要建筑结构设计的功能性，作为正常生产生活的支撑条件。而在设计过程中，还需建筑空间中的协调性、美观性以及舒适性，形成完整的室内环境。同时，由于房屋建筑的使用与居住需要，必须在进行结构设计的过程中，重点关注建筑空间的安全性内容。安全性设计内容，不仅在建筑结构施工过程中起到关键作用，也会在房屋建筑投入使用的过程中，成为保证使用者生命财产安全的重要依据[1]。

因此，在进行设计时，材料选择、用量分析、结构科学性等内容，都需要得到建筑结构设计者的高度重视，并作为设计的核心内容，进行完善与优化。另外，房屋建筑工程结构设计，是指导工程项目施工的重要组成部分。在进行设计优化的同时，需要从经济成本的角度对设计内容进行评估，并在合理优化调整的基础上，降低建设单位在成本投入中的消耗。这一内容，在当前竞争十分激烈的建筑行业中，显得尤为重要，是保证建筑公司市场竞争力的关键，也是实现建设单位良好发展的基础。所以，必须在设计环节上进行调节，在控制成本的基础上，对投入成本消耗与建筑使用节能性提供基础保障条件。

2房屋建筑结构设计优化策略

2.1引入数字化技术手段房屋建筑结构设计内容有较为悠久的历史，在不同文化环境中形成了风格各异功能明显的建筑空间。在时代资讯条件与技术水平的影响下，通过交流与创新，形成了多种类型的结构设计方案[2]。在对特定建筑项目展开设计工作的过程中，可以尝试通过数字化技术手段，完成结构设计方式的选择与应用。尤其是在数字化程序软件的应用中，对于房屋建筑结构设计，产生了典型的积极影响，是提高设计质量的主要途径与关键手段。

例如，北京奥运会的主体育馆“鸟巢”（如图1所示），在进行设计的过程中，其设计师赫尔左德、德梅隆引入了数字化的技术方法，通过计算机软件程序与硬件系统的计算能力，对结构中的细化参数进行分析与计算，并在完成设计数据计算的基础上，对系统使用中的合理性作出全面的辩证分析，以此保证“鸟巢”在结构设计的合理性，为其在结构稳定性的基础上，增添了美观表现效果，提高了应用价值。对此，为了保证数字化技术手段的应用条件，需对房屋建筑结构设计的业务能力进行优化升级，使其能够适应计算机程序的使用，并在合理利用先进辅助软件程序的基础上，保证设计内容的科学性。

2.2增加创新性设计理念房屋建筑项目的施工阶段中，有些具体内容无法用数据信息进行表达，而为了保证此类内容能够正常的在现实环境中构建出来，需要在设计内容上，通过理念思想的内容表达，对工程施工工作形成指导。方法上，需借助信息化时代的背景优势，将计算机程序作为辅助建筑结构设计的有效工具，并在与设计师工作经验相结合的基础上，形成人性化的设计判断，并最终达到开发创新的效果。实际设计应用中，需以建设条件为基础，在熟练掌握电脑程序软件的基础上，增加其在设计中的功能应用深度。由此，使计算机程序软件的应用条件能够适应设计师的应用需要，并在构成最终设计方案时，可充分表达创新设计理念。

2.3保证细化结构完整性房屋建筑的安全性，是设计工作的核心内容，在保证安全的基础上，还需尽可能地提升家住空间的耐久性，并在保证设计耐久度的同时，实现建筑设计优化的工作目标。尤其在细节化内容的控制上，对于此类内容的设计工作，直接影响到建筑结构的稳定性与连接状态。例如，在对建筑现浇板进行设计优化的过程中，需对现浇板的受力条件进行分析，然后再具体确认现浇板的设计条件[3]。通过对其材料、质量等内容，对建筑结构的载荷亨能力进行确认，就可以在达到现浇板设计优化的目标，并重点对其中可能发生的拐角缝隙问题进行预防，提高房屋建筑结构的稳定性。

而在细化执行方案的应用上，也需要通过设计作出调整，并保证建筑项目的建设的科学性。例如，在对建筑项目的地下结构进行设计管理的工作中，需对桩基础的技术方案进行合理性选择。在确定基础地质条件的基础上，分析主体建筑结构的应用特性，并对各种桩基础施工方案的可行性作出分析，判断每种施工方式在当前建设条件下的科学性。以此，不仅可以找出灌注桩等技术条件的局限性，也能在最优化经济条件的基础上，实现坚实设计价值。

2.4适应仿真性技术环境计算机技术中，带有拟态化的仿真性内容，可以很好地适应房屋建筑设计中的应用内容。在拟态化数据系统中，能够模拟设计中的参数与内容，形成具象化的图像形式，并通过对比例尺的调整，分析建筑材料在配重与负荷条件下的强度水平，以此对实际工程建设形成指导。例如，CAD技术在形成数据化图形的过程中，有很强的指导性，并能够在建筑结构设计领域发挥出较强的应用价值（如图3所示）。而在当前技术条件的发展基础上，将传统的CAD技术与计算机中的AI智能程序进行结合，形成了新型的SCAD技术。这项技术内容又被称作智能CAD技术，利用AI智能化计算模式，帮助传统CAD技术进行数据决策分析。尤其在进行结构设计拟态化管理的工作中，可以发挥出较强的应用性。

2.5创建结构设计数据模型数据模型技术是时代技术科技的前沿，在推广应用中，可以被房屋建筑结构设计应用，并在使用过程中，针对设计工作的基本原则展开优化，保证建设结构设计的合理性。首先，在建筑功能性的设计中，通过数据模型的建立，可以对使用条件进行模拟，并在结构科学性上作出分析与评估，以此保证建筑结构的功能价值。其次房屋建筑结构，对其使用过程中的安全性有着直接影响，是关乎居住者生命财产安全的重要内容。

因此，在建筑结构设计工作中，需对其安全条件负责，通过建立模型化的数据系统，对使用过程中的结构合理性进行分析，在输入一定外力影响数值的条件下，检验建筑结构在抗震、消防等各种灾害危险问题中的适应性，并对结构设计的合理性作出评估，以此保证设计的科学性。最后，在建筑经济性的角度上，结构构件、建筑材料、结构组织形式等内容，都需要消耗掉大量的建筑成本，是房屋项目的主要支出内容。所以，需在设计过程中进行优化管理，以降低成本消耗。例如，在现阶段的建筑设计中，应用bim技术对结构材料进行分析，不仅可以在材料选择上，对每个工程成本构成要素作出评价，还能在网络化、大数据的实时指导中，对材料在市场环境中的实时价格作出衡量，并根据成本预算、建设质量的内容对其作出调整，以此强化房屋建筑结构设计的指导性。

3总结

综上，房屋建筑工程的结构设计工作，是构成房屋主体的关键，必须得到岗位工作人员的高度重视。在开展设计工作时，从基本原则理念出发，通过巩固功能性、安全性、经济性三点基本原则，对设计方法进行优化调整。并在时代先进技术与理念的引导下，形成系统化的使用空间，保证结构设计的工作价值。

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二、绿色建筑结构优化设计研究？

对于建筑工程而言，建筑结构设计是建筑工程质量以及建筑使用得以保证的基础，在建筑工程发展过程中有着十分重要作用。近几年来，绿色建筑工程得到很好发展，满足当前社会以及人们需求，在绿色建筑工程发展过程中，建筑结构设计是十分重要部分，为能够使绿色建筑工程得到更好使用，应当在建筑结构设计中进行优化，从而使建筑结构设计更加科学合理。下面就从绿色建筑结构优化设计所存在问题与绿色建筑结构优化有效方案两个方面进行分析。

一、绿色建筑结构优化设计所存在问题

相比于国外情况，对于结构优化设计理念而言，我国在实际应用方面与理论相比存在很大差距，在工程实践方面仍然不是十分普遍，缺乏实践检验。下面就各个方面所存在问题进行简单分析。

1.1基础结构优化设计中所存在问题

第一，对于建筑结构设计中所存在的地基基础沉降不均问题，其上部结构刚度较大虽然能够在一定程度上使建筑物不均匀沉降减少，使筏板受力状态得到改善，但是从当前情况而言，在对上部结构进行设计过程中，对于所存在次应力在上部结构中所产生影响，仍然无法进行完善解决。比如，在对桩基础进行设计过程中，若布桩过程中依据竖向荷载作用，对于在弯矩作用之下承台底部边桩所需反力验算便无法考虑到。第二，未充分利用地下空间。在对地基基础进行设计过程中，未能够与岩土工程地质实际情况，地下室及人防设置以及地基基础选型等方面因素进行完全结合，从而导致地下空间未得到充分利用。第三，在优选地基基础方案时，未能够全面考虑沉降缝设置以及地下空间利用与埋深等多个因素。第四，在地基基础优化设计方面缺乏相关论证报告。在大部分工程中，均未能够依据实际场地情况进行适当设计，并且对于项目中可选择各种地基基础方案未能够进行比较选择以及定性论证。

1.2结构体系优化设计方面问题

第一，在混凝土结构中有水泥及砂石大量浪费现象存在，同时在建筑布局方面受到一定限制，工业化水平比较低，这些都是其所存在缺点。混凝土所具备的抗拉强度比较低，有些结构中选择钢筋混凝土楼板，很容易有裂缝现象出现，另外混凝土结构与钢结构与木结构相比较而言，其自重比较大，在室外进行施工时会受到季节以及气候影响，新混凝土与旧混凝土之间连接比较困难，从而在补强修复方面增加困难。第二，对于砌体结构体系而言，有些农村建筑将楼板随意增厚，对圈梁以及构造柱大量设置，在混凝土中不计成本放入钢筋，另外在砌筑房屋过程中混合使用多种材料，导致房屋刚度在竖向及横向分布上存在严重不均匀情况，缺乏均衡建筑质量分布，从而导致建筑抗震隐患增加。另外，在使用材料方面缺乏连续性，所造成结果就是无法保证建筑整体性。在配筋混凝土砌块砌体剪力墙中过多配置水平方向钢筋，并不能使墙体抗剪能力得到明显提高，导致材料不必要浪费。第三，我国自主所研发轻钢结构设计软件与国外一些软件相比较而言存在一定差距，国外软件为一体化软件，集合结构分析、结构优化以及工程职能等功能。另外，在底层住宅中，还无完整结构体系形成，主要包括成套扣配件、结构形式固定以及与其相配材料。

1.3结构构件优化设计中问题

第一，在建筑结构设计过程中，由于存在各个构件不合理设计造成其缺乏较高抗力，主要包括钢筋及混凝土强度，混凝土保护层厚度，构件高度以及宽度，箍筋间距等方面，从而对建筑抗震性能以及其抗震合理性产生影响。第二，在建筑结构设计中大量使用一些装饰性构件，将其当作构成要素，而这些构件通常不具备导光、导风、遮阳以及载物与辅助绿化等方面作用，在施工过程中，对于工业化生产预制构件较少使用，导致相关工程造价比较高。第三，就节材优化方面对结构构件进行论证时，并且综合考虑建筑功能、荷载大小以及柱网跨度等方面因素，从而对结构整体优化效果产生影响。

二、绿色建筑结构优化有效方案

第一，对绿色建筑进行整体性以及局部性优化。在优化设计建筑结构时，应当相应优化每个下属系统。在选择地基基础方面，应当对天然地基，复合地基以及桩基础等相关地基基础方案实行比较选择，并且进行定性论证。在选择结构体系方面，应当在建筑高度、层数、柱网大小以及平立面与荷载等方面作为入手点，从而进行比较选择。对于其复杂性而言，主要包括建筑材料以及建筑结构构件选择，在对材料进行选择时，可对本地生产建筑材料优先选择，选择预拌混凝土作为建筑砂浆，在选择构件时，可对工业化生产预制构件进行选择。因此在结构优化方面应当由整体方面入手，从而使整体优化设计得以真正实现。第二，绿色建筑结构阶段性优化设计及寿命优化设计。依据地域环境不同，在建筑工程使用期限之内，在每一阶段实行相关方案优化。在每个阶段对建筑工程特点进行考察，依据其实际结果确定优化方案，进而科学优化工程整体寿命。第三，保持绿色建筑优化与结构优化协调。对于结构设计而言，应当保证建筑整体结构紧密配合整体平面，这样一来能够使建筑美观以及结构合理效果得到实现。对于建筑造型而言，应当保持简约，并且所存在装饰性构件比较少，对于单纯追求标志性效果而设立异型构件，尽可能不要设计。对于整体结构而言，应当使重心、刚心以及质心这三者保证正确交叠，避免出现扭转情况。第四，科学优化主体上部机构。在对建筑上部结构进行优化设计过程中，应当将相关模型建立起来，并且应当实行系统优化。对于整个过程而言，首先应当对剪力墙进行合理设置，使剪力墙的整体质量保证比较均匀，这样一来能够使楼层之中平面刚度中心点与楼层整体结构重心相重合，从而使地震或者风力对建筑所造成破坏性减少，使建筑整体质量得到有效保证。

在当前社会快速发展的同时，社会资源与能源也越来越少，节约资源与能源也就越来越重要，在这种形势下，建筑工程中的绿色建筑开始出现，并且得到较好发展。绿色建筑不但能够保证常规建筑使用功能，同时能够达到资源节约目的。在绿色建筑工程结构设计过程中，为能够保证其更好实现绿色化建筑，应当对建筑结构进行优化设计，从而使绿色建筑结构设计能够与绿色化要求更加相符，使建筑结构更加科学合理，从而使绿色建筑工程能够得到更好使用，促进建筑行业发展。

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三、想要优化房屋结构，应该怎么优化呢？

只有保证结构设计优化的合理发展，才能保证建筑的安全稳定，对建筑的发展起着重要的作用。建筑结构的优化设计需要在保证建筑质量的基础上实施。只有在保证建筑安全稳定的基础上整合建筑结构优化设计，才能实现建筑的可持续发展。通过优化建筑结构，施工过程中的力学性能将不断得到改善。同时，合理应用建筑材料，避免建筑材料的大量浪费，不仅降低建筑成本，而且提高建筑的实用性。在建筑结构设计的优化中，除了外部结构的优化，还需要加强内部结构的优化，以增强建筑的设计感，从而有效满足人们对建筑的需求，使居住环境更加舒适健康。

采用优化的建筑结构设计可以合理降低建筑的整体成本。目前，随着建筑业的不断发展，高层建筑的数量越来越多，尤其是超高层建筑的数量。由于它的主要特点，如占地面积小，建筑面积大，可以降低使用成本。但建筑高度越高，可能出现楼层不协调，难以合理应对建筑高度增加的影响。因此，在实际的结构设计中，我们不仅要重视建筑，还要考虑它的整体环境和成本。与建筑相比，建筑层数的增加会导致整个框架和承重柱的承载力发生变化，对整个建筑产生很大的影响。比如随着墙体面积的增加，梁柱的体积会变大，建筑内的相关管线配置也会受到很大影响。此外，由于建筑层数的增加，高度也会增加，使得建筑围护结构也随之变化。一般广泛用于一些圆形建筑和方形建筑，以减少建筑外墙周长，从而减少建筑内部装修面积。在一定意义上，还可以提高建筑的整体承载力，在保证建筑安全稳定的基础上，不断提高建筑的整体性能。

在地下室顶板、底板、顶板等有水层的混凝土浇筑时，必须采用平板振动器。首先用方案中规定的振动器振捣密实后，在混凝土初凝前，用平板振动器对面层混凝土进行综合振捣，不留死角，以保证有水面层混凝土的抗渗要求。混凝土浇筑过程中，必须采用混凝土分配器，浇筑混凝土前应确定分配器的位置，并在此处加强钢筋，以固定分配器。

优化技术的应用可以促进功能性、美观性和安全性的提高。利用优化技术进行建筑结构设计，可以实现建筑质量的预验收，保证设计结构的合理性，提高结构安全性。而且，通过优化技术在设计中的应用，可以弥补这个过程中的缺陷，在一定程度上提高设计审美，从而保证建筑各方面的功能得到充分体现；优化技术的应用也可以在一定程度上节约建设成本。设计建筑结构的建筑师不仅需要美观，还需要满足安全性和功能性，还需要满足基本经济性。利用优化技术，房屋结构设计可以优化房屋建筑的整体结构，不仅节省原材料，而且提高利用率，严格控制材料成本。不仅如此，合理使用优化技术还可以在一定程度上节省工期，大大降低时间和人力成本。综上所述，优化技术的应用在建筑结构设计中起着重要的作用。

四、建筑结构优化设计的思考？

当下，建筑设计规模越来越大，在整个社会发展中占据很大的比例和作用。但是，建筑结构的优化设计仍旧存在着很大的缺陷和改进空间。比如，对于建筑设计中的规范制度条例不够理解，施行过程中产生多种阻碍。因此，为了设计创造出合格可靠的建筑作品，需严格坚持和遵守建筑结构设计规范。

1.建筑结构优化设计的必要性

当前社会出现的普遍明显的矛盾问题就是住房价格日益攀升。社会需求比较大，而建筑成本问题也逐渐明显，亟待解决。建筑项目价格需要及时的降低。结构造价是整个建筑设计造价中占据很大比例的部分，要想明显降低减少整个建筑的成本，就必须进行建筑结构设计的优化。因此，可以借助与时俱进的社会新技术，对于建筑的安全度、合理适用度进行改善，实现建筑投资利益的合理性，最大限度的来促进整个社会的迅速发展。建筑结构优化设计是整个建筑工程的最重要的部分，是作为灵魂支撑。对于处理建筑问题、实现经济效益的提升，起着关键作用。建筑结构优化设计需要确保整个建筑结构是安全的，然后再依据结构理论知识和设计中的规范性条例，借助科学的结构分析方法，在原来安全结构的基础上实行深度的改进、拓展，对于整体的质量实现明显深入的提升，最终实现整个建筑设计成本的合理调控。

2.建筑结构优化设计依据原则

在整个建筑结构优化设计中需要遵循诸多的原则和规范，现做出以下举例和说明。成本降低原则，即在建筑整体功能、安全性符合建筑标准的前提下，需要对于优化成本进行严格的控制，充分的实现材料设计的经济合理性，避免奢侈浪费；舒适性原则，即整个建筑的舒适程度是建筑结构优化设计需要考虑和关注的首要因素和必要条件，舒适是满足用户需求的关键因素。舒适与否受到多种因素的影响，比如建筑中电气设施安装情况、整体建筑体型、内外装修情况等等，因此，对于实现整体建筑结构的优化设计可以以这些因素为插入点；整体安全性原则，即建筑的整体结构应该考虑到自然灾害的影响，能够抵抗不良因素的影响，保证整个建筑能够抵抗地震的威胁，因此不论建筑的任何结构部位都应该有足够的抗震、承载能力，以国家建筑设计安全标准为准绳，这样才能够实现总体结构优化的安全性。

3.影响建筑结构优化设计的条件

3.1结构设计层面

要实现建筑结构的优化设计，结构设计的正确合理与否，是影响因素。因此，建筑结构设计人员可以借助计算机结构设计的相关程序，利用以往建筑经验和结构理论知识，加以不断改进调整，设计出合理科学的方案。结构设计的相关参数应该进行合理的选择，因为结构设计的参数对于整个计算结构有着很大的影响，参数的差异必然会带来建筑结构的差异，对于整个建筑成本的影响也是很大的。计算参数应该根据建筑的实际情况和要求进行科学合理的选择和利用。另一方面，相关的设计软件可以在结构设计中使用，但是却不应该单纯性的依赖和跟随，因为设计软件只能在设定的条件环境中才能达到预期的效果，并不适合所有的方案。关于结构数据的输入准确性需要保障。这涉及到各个建筑部件的截面尺寸面积、荷载数据等。因为，如果数据输入出现错误，结果就会致使整个结构的计算分析出现比较大的错误，对于建筑的安全使用性造成威胁，优化目的更不能实现。由于数据输入误差形成失误的有风荷载、抗浮水位等，因此，必须进行严格的参数计算与输入控制。除此之外，需要充分认识到实际结构与计算模型之间的区别。因为计算参数得来的计算模型是相对理想化的理论得来的，而实际结构受到多种因素的决定与影响，所以计算而来的结构模型与实际的结构是存在差异性的，并不可能实现全部的吻合。因此，如果完全依据计算程序的结果，考虑不到两者的差异，必然会对将来的建筑结构形成潜在的隐患。综上，必须以实际情况对建筑结构进行计算和设计。

3.2材料使用层面

建筑结构设计优化时需要慎重科学地选择建筑材料，在降低使用成本的基础上，充分实现对于建筑材料的利用。因此，选取合适的建筑材料、实现科学利用对于建筑结构设计师而言是需要解决的首要挑战、必备条件。如果材料选择和使用不恰当，不仅会造成浪费，而且最后会形成对整个建筑结构项目工程造价的深重阻碍。除外，建筑材料的选择还应该对于结构各部分的受力特点、应用环境状态等方面进行合适的对应。以此达到最大限度发挥材料性能的目的。

3.3注意选择建筑设计工期

建筑设计的普遍工期一般是时间跨度大，整个工程项目投资任务艰巨，而设计工期的长短则是明显的影响着整个建筑完成的工期长短。效益是影响造价情况的关键因素。在工期方面，若是能够按时或者提前完成工程的话，就可以实现建筑设计风险的明显降低，同时企业的再生产能力明显地得到改善，最终实现经济效益和社会效益的显著提升。综上，可得，要实现建筑设计结构的高效科学的优化，则设计人员应该充分考虑到如何利用施工技术来调控工期，以实现工程效益的最大化，而不是盲目的选择和依赖最省钱的设计方案。

3.4结构设计方案层面

结构设计师面对相同的建筑设计方案，对于建筑结构可以创建出不同的设计方案，当然都是在实现建筑的利用功能、满足各方面规范要求的基础上。结构设计方案的合理性直接影响着整个建筑设计的质量和工程效益成本，起着决定性的意义。因此需要严格的控制和把握。一方面而言，在结构设计过程中，应该充分地调节整个建筑部分零件的协调一致性。以实现整体建筑效益最大化为主要目标。从而，在整个建筑结构设计安全度、经济适用性方面都能够得到改善和满足。另一方面，结构方案构思过程中，应该以整体性原则为主要出发点，从全局开始分析，而不应该割裂开来，单独分析每个零件。整体与局部的关系只有准确得当地处理统一合理后，整体结构与部分之间才能协调出完美的受力状态。最后，在整个建筑结构方案设计中，还应该充分考虑到各个部分之间的规范程度。从以往大量的结构设计经验中可以总结到，建筑结构平面的设置如果不够规范和规整，结果不仅浪费成本，对以后结构的安全性、实用性等还会形成很大的潜在威胁。因此，为了创建更加安全的建筑结构，实现建筑成本的科学控制，建筑人员就应该提升建筑方案设计的简易型、规范性。

4.小结

建筑结构设计优化工作中，面临诸多的考验和挑战。尽管当前取得了乐观的成效，但是其中的缺陷仍旧不容忽视。建筑结构设计人员应该明确地树立优化意识，在规范制度的基础上，科学高效地实行各个操作步骤，与时俱进，不断地对于工程中的问题和不足之处进行规范和完善，从而实现整个建筑设计结构的安全经济性。建筑结构优化工程任重而道远，相信在全体建筑设计人员的共同努力下，前景必然无限光明。

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