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【摘 要】 建筑结构设计优化对于施工企业和居住者来说都有着重要的影响和作用，需要在其设计中加强优化的应用研究。
【关键词】 结构设计;优化方法;实例分析
前言：
在对新时代建筑进行结构设计的过程中，在结构设计中，必须综合各个方面影响因素，应用优化技术，以便建筑结构设计能够提升企业建筑施工的可执行性、质量程度和安全使用程度。
一、建筑结构设计优化的意义
1、节省工程造价
建筑工程造价中建筑结构的成本大约占到总造价的50%，对建筑结构进行优化设计可以在很大程度上降低工程总造价，节约工程造价成本。建筑结构优化设计能有效的节省房屋建筑的投资成本，具有巨大的经济价值。
2、提高工程质量
目前设计单位的水平整体都在不断提升，但是首先很多工程师成本控制意识低，忽略对建筑工程的成本造价控制，只追求高的安全系数，从而造成设计过于保守;其次，没有相应的责任制，设计人员缺乏责任心，对建筑结构的设计概念不清楚，一味的使用计算机而不是大脑来进行计算，常常导致计算不合理或者与工程实际不吻合等等错误，使之结构设计存在安全隐患或者较大的浪费;另外，设计人员与建设单位的沟通不到位，没有完全理解建设单位的建造用途及建筑功能，进而造成建筑产品不能满足建设单位的需要。据统计，因为在设计过程中，设计质量差，造成功能布置不合理，相关专业工程师没有相互沟通，导致经常出现在施工过程中进行修改及返工现象，导致施工工期不能控制。同时因为工程质量差，工程存在安全隐患等问题，造成投资的巨大浪费。通过建筑结构设计优化可以有效的提高工程设计质量，降低安全隐患，减少投资浪费。
3、建筑结构优化设计的社会意义
国家的宏观调控力度在不断的加大，原材料的价格在不断的上涨，从而在建设的前期挖掘潜力，节约建筑造成成本、科学的优化设计，有利于节约建筑的原材料、保护环境，符合国家“低碳、节能、环保”的理念，利国利民。
二、建筑结构设计优化方法在结构设计中的应用
1、结构设计优化技术与建筑结构设计的结合
一般建筑物的设计方式总是从结构布置开始，确定了结构布置后根据不同的荷载情况来分析过程中的参数、材料等要求，这些数据的分析有些是不能利用计算机来完成的，必须经过人工的反复测量和计算，经过大量的测量和数据分析，才能做出最科学的判断。这就要求相关的技术工作人员，要树立积极工作、认真负责的工作态度，不断的提高自我的专业水平，在一定的技术的支持下，尽可能的对每一个环节的数据都做到详细的记录和分析，不忽视每一个环节，精准的记录，为以后的设计或者突发事故的处理做数据的可靠参考。
2、重视概念设计优化技术的分析
由于建筑物结构布置方案的多样性，对于同一个建筑方案，可以选择不同的结构布置方案;由于分析方法的不唯一性，对于已经确定结构布置方案的建筑物，在考虑相同荷载作用情况下可以选择不同的分析方法;另外建筑物的设计选用的设计参数指标、取用的建筑材料、荷载标准值的取法也是不唯一的。以上部分的处理，无法直接依靠设计的软件也就是计算机给出答案。这些部分的处理，需要依靠设计人员确定。然而不同的设计人员对以上部分的处理意见是不同的。为此处理这些问题就需要设计人员有一定的经验积累。经验越丰富的设计人员，在处理这些问题时，方案的选择越灵活、判断的过程越充分、做出的选择越合理，越优化。这就是我们所说的概念设计优化过程。这说明，实现优化设计要重视设计人员的经验积累。经验越丰富的设计人员，越能实现建筑结构的优化设计。
3、前期参与
结构设计优化必须要注意到前期参与，因为建筑总投资与前期的方案有着密切关系，而现存在的普遍问题，多数的建筑设计师并没有考虑到前期参与的问题，从而导致结构设计缺乏可行性与实践应用性，进而直接影响到设计结果，加上某些因素的影响，还有可能造成施工的难度。因此，建筑设计师必须要注意日新月异期参与，增强结构设计的可行性，降低结构设计难度，减少建筑设计的总投资，针对不同的建筑类别，选择合理的结构形式，以获取一下合理的设计方案，从而确保建筑工程的良好开端。
4、某工程空心楼板优化设计的实例分析
（1）原方案
原设计方案板厚300mm，拟用空心管直径200mm。相邻空心管之间设一道肋，梁宽度60mm。肋梁区域受力钢筋上、下铁都为2Ф14（Ⅲ级钢），空心管区域受力钢筋上、下铁都为1Ф14（Ⅲ级钢）。板的分布钢筋上、下铁都为Ф8@300，在空心管上、下部与受力钢筋之间还分别配置Ф8@300的架立钢筋与限位钢筋。
图1 KXB1原设计方案
（2）优化方案
优化方案采用清华大学专利技术“异型截面轻质材料填充预应力现浇板”（ZL02293406.5），空心板填充所用LPM轻质管是“一种带硬质加强层的轻质发泡材料填充件”（ZL200420077923.9）。LPM轻质管主体材料为聚苯泡沫，密度不低于15kg/立方米。
空心板厚仍300mm，所用轻质管尺寸为296x200mm;通过组合格栅将三根轻质管组合成一个单元，轻质管之间距离为56mm。板的分布钢筋上、下铁都为Ф10@200。因为轻质管的上、下表面都是一个平面，所以在轻质管与受力钢筋之间安装垫块即可满足规程的相关要求。
新方案的特点除了提高板的空心率降低结构自重外，用垫块代替架立与限位钢筋，大大减少了钢筋的用量。
图2 KXB1优化方案
优化方案后，给施工也带来很大的方便，具体表现在以下几点：
（1）方便布置管线
本工程空心板中一些部位管线较多，有些管线无法保证一定能布置在实心肋中，有些管线不能走死弯。因此在空心管布置區域不可避免要布置一些管线。对于GRC类空心管，一般的作法是用小直径管代替，或者局部浇成实心区，这将导致结构空心率的下降。而采用轻质管可以在管上开槽让管线穿过，基本不降低结构空心率。 （2）方便堆放与现场运输
本工程施工作业面大，但是施工周转场地小，且工地位于自由大路，运送空心管的车只能半夜以后进场，不能随叫随到。为了不耽误施工进度，要求空心管提前进场，因场地限制，空心管不可能在运输通道上集中堆放，只能见缝插针找地方分散堆放，场内二次甚至三次运输不可避免。使用轻质管，不但运输工作强度大大降低，而且材料破损也大为减少。在垂直运输方面，塔吊运送轻质管的效率至少是运送GRC管的3倍，对于加快施工速度十分有益。
（3）减少现场作业工作量
根据以前的工程经验，绑扎空心板中的肋梁要消耗大量的时间与人工（一般占每层工期的1/5），将肋梁数量减少63%可以大大加快施工进度。
（4）方便施工
为了保证混凝土浇筑质量，根据规程中第7.3.10条规定“在浇筑混凝土前，对有吸水性的内模应浇水湿润。”GRC类管吸水率较大，需要在管上多浇水，而LPM轻质管吸水率几乎为零（一般为0.3%），不需专门浇水湿润。
经济性对比
对于业主而言，他们关注的除了结构的安全性和建筑物使用的舒適性外，最关心的莫过于结构的造价。一个方案若要导致造价增加，而建筑物的使用性能没有明显提高，业主一般都不会同意。
在本工程中，改变填充物截面形式和材料种类后，虽然填充物造价增加了，但是由于减少了混凝土和钢筋的用量，每平方米空心板的综合造价降低了（见表1），业主也从中受益。表1中取1平方米的空心板，进行两种方案的经济性对比。
表1 KXB1两种方案造价对比
比较项目 原方案 优化方案
平米
用量 单价（元） 总造价（元） 平米
用量 单价（元） 总造价（元）
普通钢筋（kg） 30.94 5.20 160.89 15.17 5.20 78.88
混凝土厚（m3） 0.199 520.00 103.48 0.171 520.00 88.92
填充管（m） 4.00 15.00 60.00 3 36.00 108.00
填充管安装（m） 4 3.00 12.00 3 3.00 9.00
垫块与格栅（片） 0.00 0.00 2.00 4.00 8.00
总价 336.37 301.8
表中各项材料价为包含所有取费及施工费的综合价。其中各项在材料价的基础上加30%的取费作为综合价。普通钢筋为材料价4000元/吨（即4.0元/kg，4.5x1.3=5.2），C40混凝土材料价为400元/m3（400x1.3=520）。直径200mm的空心管按15元/m计价，300x200mm轻质管综合价为36元/m。
优化方案比原方案每平方米综合造价要降低34.57元。
三、结束语
建筑物不但是实用而且还要坚固美观，建筑结构设计优化是一个十分复杂且具有比较强的综合性的系统性问题，应用新的设计技术，能更好地实现建筑结构设计的目标，促进建筑结构向着经济化、科学化、多样化等方向发展。
参考文献：
[1]李晓荷.结构设计优化技术在建筑工程中的应用探讨[J].科技创业家，2011（6）：56～57.
[2]隋国龙.优化技术及在房屋结构设计中的应用[J].中国新技术新产品，2011，15（03）：32-34.
[3]孙晓玲.浅议建筑结构设计优化技术及其应用[J].中华民居，2011（6）：67～68.
【关键词】 结构设计;优化方法;实例分析
前言：
在对新时代建筑进行结构设计的过程中，在结构设计中，必须综合各个方面影响因素，应用优化技术，以便建筑结构设计能够提升企业建筑施工的可执行性、质量程度和安全使用程度。
一、建筑结构设计优化的意义
1、节省工程造价
建筑工程造价中建筑结构的成本大约占到总造价的50%，对建筑结构进行优化设计可以在很大程度上降低工程总造价，节约工程造价成本。建筑结构优化设计能有效的节省房屋建筑的投资成本，具有巨大的经济价值。
2、提高工程质量
目前设计单位的水平整体都在不断提升，但是首先很多工程师成本控制意识低，忽略对建筑工程的成本造价控制，只追求高的安全系数，从而造成设计过于保守;其次，没有相应的责任制，设计人员缺乏责任心，对建筑结构的设计概念不清楚，一味的使用计算机而不是大脑来进行计算，常常导致计算不合理或者与工程实际不吻合等等错误，使之结构设计存在安全隐患或者较大的浪费;另外，设计人员与建设单位的沟通不到位，没有完全理解建设单位的建造用途及建筑功能，进而造成建筑产品不能满足建设单位的需要。据统计，因为在设计过程中，设计质量差，造成功能布置不合理，相关专业工程师没有相互沟通，导致经常出现在施工过程中进行修改及返工现象，导致施工工期不能控制。同时因为工程质量差，工程存在安全隐患等问题，造成投资的巨大浪费。通过建筑结构设计优化可以有效的提高工程设计质量，降低安全隐患，减少投资浪费。
3、建筑结构优化设计的社会意义
国家的宏观调控力度在不断的加大，原材料的价格在不断的上涨，从而在建设的前期挖掘潜力，节约建筑造成成本、科学的优化设计，有利于节约建筑的原材料、保护环境，符合国家“低碳、节能、环保”的理念，利国利民。
二、建筑结构设计优化方法在结构设计中的应用
1、结构设计优化技术与建筑结构设计的结合
一般建筑物的设计方式总是从结构布置开始，确定了结构布置后根据不同的荷载情况来分析过程中的参数、材料等要求，这些数据的分析有些是不能利用计算机来完成的，必须经过人工的反复测量和计算，经过大量的测量和数据分析，才能做出最科学的判断。这就要求相关的技术工作人员，要树立积极工作、认真负责的工作态度，不断的提高自我的专业水平，在一定的技术的支持下，尽可能的对每一个环节的数据都做到详细的记录和分析，不忽视每一个环节，精准的记录，为以后的设计或者突发事故的处理做数据的可靠参考。
2、重视概念设计优化技术的分析
由于建筑物结构布置方案的多样性，对于同一个建筑方案，可以选择不同的结构布置方案;由于分析方法的不唯一性，对于已经确定结构布置方案的建筑物，在考虑相同荷载作用情况下可以选择不同的分析方法;另外建筑物的设计选用的设计参数指标、取用的建筑材料、荷载标准值的取法也是不唯一的。以上部分的处理，无法直接依靠设计的软件也就是计算机给出答案。这些部分的处理，需要依靠设计人员确定。然而不同的设计人员对以上部分的处理意见是不同的。为此处理这些问题就需要设计人员有一定的经验积累。经验越丰富的设计人员，在处理这些问题时，方案的选择越灵活、判断的过程越充分、做出的选择越合理，越优化。这就是我们所说的概念设计优化过程。这说明，实现优化设计要重视设计人员的经验积累。经验越丰富的设计人员，越能实现建筑结构的优化设计。
3、前期参与
结构设计优化必须要注意到前期参与，因为建筑总投资与前期的方案有着密切关系，而现存在的普遍问题，多数的建筑设计师并没有考虑到前期参与的问题，从而导致结构设计缺乏可行性与实践应用性，进而直接影响到设计结果，加上某些因素的影响，还有可能造成施工的难度。因此，建筑设计师必须要注意日新月异期参与，增强结构设计的可行性，降低结构设计难度，减少建筑设计的总投资，针对不同的建筑类别，选择合理的结构形式，以获取一下合理的设计方案，从而确保建筑工程的良好开端。
4、某工程空心楼板优化设计的实例分析
（1）原方案
原设计方案板厚300mm，拟用空心管直径200mm。相邻空心管之间设一道肋，梁宽度60mm。肋梁区域受力钢筋上、下铁都为2Ф14（Ⅲ级钢），空心管区域受力钢筋上、下铁都为1Ф14（Ⅲ级钢）。板的分布钢筋上、下铁都为Ф8@300，在空心管上、下部与受力钢筋之间还分别配置Ф8@300的架立钢筋与限位钢筋。
图1 KXB1原设计方案
（2）优化方案
优化方案采用清华大学专利技术“异型截面轻质材料填充预应力现浇板”（ZL02293406.5），空心板填充所用LPM轻质管是“一种带硬质加强层的轻质发泡材料填充件”（ZL200420077923.9）。LPM轻质管主体材料为聚苯泡沫，密度不低于15kg/立方米。
空心板厚仍300mm，所用轻质管尺寸为296x200mm;通过组合格栅将三根轻质管组合成一个单元，轻质管之间距离为56mm。板的分布钢筋上、下铁都为Ф10@200。因为轻质管的上、下表面都是一个平面，所以在轻质管与受力钢筋之间安装垫块即可满足规程的相关要求。
新方案的特点除了提高板的空心率降低结构自重外，用垫块代替架立与限位钢筋，大大减少了钢筋的用量。
图2 KXB1优化方案
优化方案后，给施工也带来很大的方便，具体表现在以下几点：
（1）方便布置管线
本工程空心板中一些部位管线较多，有些管线无法保证一定能布置在实心肋中，有些管线不能走死弯。因此在空心管布置區域不可避免要布置一些管线。对于GRC类空心管，一般的作法是用小直径管代替，或者局部浇成实心区，这将导致结构空心率的下降。而采用轻质管可以在管上开槽让管线穿过，基本不降低结构空心率。 （2）方便堆放与现场运输
本工程施工作业面大，但是施工周转场地小，且工地位于自由大路，运送空心管的车只能半夜以后进场，不能随叫随到。为了不耽误施工进度，要求空心管提前进场，因场地限制，空心管不可能在运输通道上集中堆放，只能见缝插针找地方分散堆放，场内二次甚至三次运输不可避免。使用轻质管，不但运输工作强度大大降低，而且材料破损也大为减少。在垂直运输方面，塔吊运送轻质管的效率至少是运送GRC管的3倍，对于加快施工速度十分有益。
（3）减少现场作业工作量
根据以前的工程经验，绑扎空心板中的肋梁要消耗大量的时间与人工（一般占每层工期的1/5），将肋梁数量减少63%可以大大加快施工进度。
（4）方便施工
为了保证混凝土浇筑质量，根据规程中第7.3.10条规定“在浇筑混凝土前，对有吸水性的内模应浇水湿润。”GRC类管吸水率较大，需要在管上多浇水，而LPM轻质管吸水率几乎为零（一般为0.3%），不需专门浇水湿润。
经济性对比
对于业主而言，他们关注的除了结构的安全性和建筑物使用的舒適性外，最关心的莫过于结构的造价。一个方案若要导致造价增加，而建筑物的使用性能没有明显提高，业主一般都不会同意。
在本工程中，改变填充物截面形式和材料种类后，虽然填充物造价增加了，但是由于减少了混凝土和钢筋的用量，每平方米空心板的综合造价降低了（见表1），业主也从中受益。表1中取1平方米的空心板，进行两种方案的经济性对比。
表1 KXB1两种方案造价对比
比较项目 原方案 优化方案
平米
用量 单价（元） 总造价（元） 平米
用量 单价（元） 总造价（元）
普通钢筋（kg） 30.94 5.20 160.89 15.17 5.20 78.88
混凝土厚（m3） 0.199 520.00 103.48 0.171 520.00 88.92
填充管（m） 4.00 15.00 60.00 3 36.00 108.00
填充管安装（m） 4 3.00 12.00 3 3.00 9.00
垫块与格栅（片） 0.00 0.00 2.00 4.00 8.00
总价 336.37 301.8
表中各项材料价为包含所有取费及施工费的综合价。其中各项在材料价的基础上加30%的取费作为综合价。普通钢筋为材料价4000元/吨（即4.0元/kg，4.5x1.3=5.2），C40混凝土材料价为400元/m3（400x1.3=520）。直径200mm的空心管按15元/m计价，300x200mm轻质管综合价为36元/m。
优化方案比原方案每平方米综合造价要降低34.57元。
三、结束语
建筑物不但是实用而且还要坚固美观，建筑结构设计优化是一个十分复杂且具有比较强的综合性的系统性问题，应用新的设计技术，能更好地实现建筑结构设计的目标，促进建筑结构向着经济化、科学化、多样化等方向发展。
参考文献：
[1]李晓荷.结构设计优化技术在建筑工程中的应用探讨[J].科技创业家，2011（6）：56～57.
[2]隋国龙.优化技术及在房屋结构设计中的应用[J].中国新技术新产品，2011，15（03）：32-34.
[3]孙晓玲.浅议建筑结构设计优化技术及其应用[J].中华民居，2011（6）：67～68.