钢结构设计在建筑结构设计中的应用研究

钢结构设计在建筑结构设计中的应用研究

秦建伟

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摘要：通过采用建筑结构优化技术，可以使建筑产品质量得到提高，从而满足人们对居住环境的要求，使建筑企业能够不断地寻找新的途径来满足客户的需要，还能降低工程项目的成本。本文就建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的应用进行了较为详尽的论述。

关键词：建筑结构设计；优化方法；房屋结构；细部优化

随着经济的发展，人们的生活水平不断提高，对生活品质的要求也不断提高。不仅要求房子舒适，还要保证房子的美观，同时，也要考虑到施工的可行性，才能保证工程项目的顺利进行。在进行建筑物的结构设计时，对其进行设计优化，不仅可以让施工变得更加便捷，同时也可以增强房屋的安全性、经济性和合理性，还可以提高建筑物的美观性和实用性。本文旨在探讨如何在建筑结构设计中运用最优的方法，从而为国内的建筑设计提供有益的参考。

1结构设计优化技术概述

在住宅结构设计中，合理地进行结构设计是非常重要的，它既能达到实用和美感的目的，又能有效地控制项目的成本。对建设单位而言，目标是以最小的投入取得最大的利益，但同时也要确保结构可靠性和安全性，这就必然需要进行结构的优化。通过对结构优化与传统住宅结构设计的对比分析，采用优化设计技术可以有效降低工程成本。合理的结构优化技术可以使结构中各部分之间达到最好的协调工作，同时也能最大限度地发挥材料的特性。这种方法既可以确保满足规范的安全要求，又可以获得经济和实用的建筑结构设计。

2结构设计优化技术在建筑结构设计中的步骤

2.1结构总体优化

建筑结构的总体优化设计分为如下几个阶段。首先，设计变量的选取。通常以影响设计需求的因素为设计变量，例如：目标控制参数、结构成本、损耗预期、约束条件等；而对于设计影响不大的变量，或者是结构的局部构件设计，可以默认满足优化设计的需求，这样可以大大减少优化设计、计算和编制过程的工作量。为降低工程成本，寻找一组符合设计要求的断面几何尺寸、截面面积；以结构可靠度最优设计条件为依据，对结构尺寸、强度、应力、变形、裂缝宽度、构件单元、结构体系、正常使用条件下的弹塑性、可靠指标、约束条件等因素综合优化。在实际施工中，为使结构优化在实际施工中得到应用，需要将道路房屋的实际条件与目标条件相比较，使其既符合现行规范的规定，又能达到最优的设计结果。

2.2设定优化设计计算方案

在实际工程中，可以采用各种不同的结构优化方法。在进行决策时，往往会优先考虑以可靠性为基础的方案。在实际计算中，由于存在着许多复杂的变数和大量的约束，而且这些因素都是非线性的，因此，在进行数值计算时，必须首先将其转换成一个具有约束的线性问题，然后再进行对比。在选择特定的简化处理方法时，既要考虑到算法的精确度，又要考虑到运算速度，因此要综合考虑各种因素，选择出最优的算法。

2.3进行过程设计

在确定了建筑结构的具体设计方案后，根据实际情况进行几种相对合理的结构方案进行结构设计，最终得到不同结构方案的结构总体指标、结构初步施工图、建筑土建造价成本。

3建筑结构优化方法在建筑结构设计当中的应用

3.1建筑结构设计与概念设计

概念设计是结构设计工程师，应用以前所学到的知识理论，加上自身所积累的工程经验，从整体性以及原则上，对建筑结构设计的一些最基本的、最重要以及最关键的问题进行决策和确定。其中主要涉及到结构方案的设计和选定、负荷转移和传递路径设置，加强对薄弱环节的判定与审核，以确保整体结构的稳定性和耗能作用的发挥，以及结构刚度在平面内或者高度均匀分布的有效性，或者对结构分析理论进行基本假设等等。概念设计涉及很多方面，在概念设计的内涵中，对建筑结构的设计和概念设计有了较为清晰的理解：在结构布置方案的设计中，应对同一建筑的结构布置进行多个方案的对比设计；当建筑物的结构布置明确后，仍然可以采用各种不同的计算方法，对一些设计参数的取值进行优化，结构概念设计很大程度依赖于结构设计工程师的工作经验。从这一点上可以看出，结构设计工程师的经验和责任心是影响优化效果好坏的重要因素。

3.2建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的具体应用

3.2.1整体结构方案优化

每个项目在设计过程中所涉及的因素都是复杂的，首先要对其进行复杂因素分析，包括施工技术、施工材料、结构类型等。其次是建筑的各个专业，它包含了建筑专业、结构专业、设备专业等重要部分。每一个专业系统都是独立的，但是各个专业又共存在同一建筑上，有着紧密的相互联系。设计师要对各专业系统进行结构优化，以达到最大的效果。设计师应根据建筑、设备、施工技术等条件综合考虑选择最合理的结构体系，既能满足使用功能需求，又能以较低的成本满足结构的安全需求。

3.2.2上部结构优化

在房屋建筑中，进行结构设计优化、模型构建等相关的过程中时，竖向构件的布置和设计尤为重要。竖向构件的布置应做到均匀规则布置，从而保证每一层的结构质量中心和刚度中心位置尽量重合，在地震横向作用下不会产生较大的扭转效应。在满足规范指标要求的情况下，应尽量减少剪力墙等竖向构件的布置，以减小结构侧向刚度，从而减小地震作用响应，这样可以减少墙体的数量，达到降低混凝土用量的目的。另外，由于采用了钢筋作为建筑的主要材料，较少的剪力墙布置和地震作用相应的降低，可以有效地减少钢筋用量。以高层住宅为例，采用剪力墙结构有着良好的抗震性能。在有条件的情况下，减少墙体数量，既能节省工程造价，又能得到更大的室内空间，将会取得良好的经济和社会效益。

3.2.3基础优化

基础是建筑工程中最重要的一个部分，直接影响了建筑的安全使用，在土建造价中占有较大的比重。合理的基础形式既能方便施工，又能节约成本。

基础一般可采用天然地基基础、地基处理、桩基等形式。在承载力满足要求的情况下尽量采用天然地基基础这种造价最节省的形式，天然地基不能满足承载力则需根据结构形式、当地实际情况、工期等因素采用地基处理、桩基等形式。

3.2.4结构和建筑专业协调

在进行结构设计时，应该尽量确保整个建筑平面的规则，然后对结构进行合理的结构布置确保建筑立面外形的效果。其中结构体系要尽量简化传力途径，结构构件宜对齐布置，避免错位。每个楼层的层高和面积尽量一致，避免结构出现竖向不规则。在设计电梯、楼梯时，应按要求加强洞口及其相关部位。

结束语

在建筑结构的优化设计中，结构的设计是非常重要的，因为一个合理的结构不仅可以达到技术上的要求，而且还可以降低经济成本。然而，建筑结构的优化问题是一个非常复杂、综合、系统的问题，必须加强对其优化的研究。在进行建筑物的结构设计时，对其进行优化，不仅可以让施工变得更加地便捷如何得出，同时也可以增强房屋的安全性、经济性和合理性，还可以提高建筑物的美观性和实用性。文章就建筑结构设计的优化问题及其在工程中的应用进行了探讨，并就具体的设计方法做了详细的阐述，对国内的建筑结构设计行业有一定的参考价值。

参考文献：

[1]张莉.建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的应用[J].河南建材,2021(9):58~59.

[2]何子兴.建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的应用[J].中国建筑金属结构,2021(8):78~79.