熊雄
（武汉建工科研设计有限公司，湖北 武汉 430023）
在建筑行业不断的发展探索中，当前社会对于建筑结构各项设计性能需求也有了新的变化，针对这些变化可以提出以下几个理念：①提高安全性能。为了更好的保障人们正常的工作和生活，建筑安全性能的优化是不容忽视的。②提升建筑的功能性。当前建筑的使用功能不仅仅是居住、工作。它可以有更多的设计用途，所以优化建筑使用的多功能性，以满足使用者的各项需求。③优化建筑结构美观，保护生态环境。建筑要能够结合周围的地理环境，在保护环境不造成污染的同时，尽量采用绿色环保的建筑材料，深入贯彻可持续发展的理念。④提高利用价值。建筑最重要的是保证它未来的发展，不能只顾眼前的利益而使用廉价劣质的建筑材料，虽然节约了成本，但是却降低了它的使用价值。
2.1 优化建筑结构设计流程
在建筑结构设计中，需要考虑的因素较多，建筑结构设计是指建筑承重构件的布置与计算，以及构件使用的材料、形状、大小及内部钢筋构造的工程图样的绘制工作，这是建筑各个施工阶段的重要依据。建筑结构设计的基本流程，目前广泛采用的应用流程为：首先，确定结构布置方案并在结构分析软件中计算通过后，根据计算结果在二维CAD中绘制构件的布置、尺寸及配筋。这种基于CAD的结构施工图设计方式存在不直观、错漏点较多、与其他专业协同性差等问题，二维图纸不能对施工进行准确的指导，造成施工图信息与算量信息割裂，越来越难以适应新的行业工作模式，因此，必须要采用新的建筑结构设计技术。
2.2 创建结构设计优化模型
建筑结构优化计算方案及优化设计模型在建筑结构优化设计中发挥着十分重要的作用。结构设计优化存在多个变量中，选择最为关键的参数，并以此为基础建立函数模型，得出最佳参数。在建立模型的过程中，首先要合理选择设计变量，这直接关系到模型建立的科学性与合理性，之后再确定目标函数，还要筛选满足函数条件的最优解后确定约束条件，如尺寸、强度、弹塑性和应力等要求。另外，设计人员务必保障约束条件均满足设计要求，进行编制优化设计方案，在计算过程中采取有效措施将约束条件变为非约束条件，促进设计优化工作的有序开展，还要全面考虑变量因素的影响，采取切实可行的计算方式，达到建筑结构优化设计的总体目标。最后，将程序直接导入计算机，后期计算中将数据输入系统，计算机在数据分析和计算后方可得出最终结果，以直观生动的方式展现给设计人员，但该过程需要具有计算机编程技术的专业人员才能实现，设计人员应该加强对设计软件计算原理的理解，灵活运用软件，对计算结果的可靠性进行判断。
2.3 优化组件布局设计
剪力墙结构、框架结构是建筑工程的重要组成部分，优化结构的过程就是对这些组件进行合理的优化和设计。在剪力墙结构的优化设计中，在保证剪力墙竖向刚度的同时，侧向刚度必须满足设计要求。此外，在设计时在控制剪力墙的数量和刚度，降低计算难度。框架梁采用宽而平的横梁，其可以降低断面高度，又能增加建筑物的净高，轴压比对框架柱的安全性至关重要，在上部轴力明确的情况下应对框架柱部分进行适当加固。
2.4 基础及地下室结构设计优化方法
基础及地下室楼盖的设计优化，应充分结合地基承载力、施工场地水位条件、地上覆土情况等。常用的基础及地下室楼盖选型方案优化如下：①进行桩基设计时，应充分结合灌注桩与预制桩的优缺点，一般预制桩承载力较低，造价较高，灌注桩反之。故裙楼基底压力较小部位采用预制桩，主楼部分采用灌注桩。②基础底板的设计时，筏板基础+柱墩与止水板+独基的基础方案比选应根据项目而定。一般而言，使用天然基础时采用筏板基础+柱墩更优，采用桩基基础且存在地下水位时，止水板+独基方案更优，止水板抗浮计算配筋远小于筏板基础，且构造厚度及最小配筋率要求均小于筏板基础。③住宅类地下室楼盖设计条件较为单一，多为覆土厚度控制并叠加消防车及人防荷载。经多轮方案比选，含钢量排序：单向次梁楼盖方案＜十字梁楼盖方案≈无梁楼盖＜井字梁楼盖方案。最后，基础及地下室楼盖的设计优化时应确保结构安全，避免出现由于结构体系优化而出现地下室开裂漏水等现象。
2.5 BIM技术及装配式设计引领的节能优化
在后期优化设计中可以引入BIM技术提升设计参数的精准性，优化结构设计中的空间布局。BIM技术最大的优势在于能够实现设计可视化目标，解决一些技术性问题，如组件碰撞、参数设置误差等。在实际应用过程中，可以将目标建设区域的相关参数输入到系统中，能够进行自主计算，还能将其用于工程造价核算和施工进度预测等方面，这样能够有效控制成本提升建模的科学性，与节能可持续发展理念相一致。
3.1 建筑结构设计模型展示装置的应用
在建筑结构设计模型展示装置中，包括支撑组件、调整组件、第一模型和第二模型，调整组件包括固定框架、滑道、第一螺丝孔、调节螺杆和调节孔。固定框架内侧的两边固定连接有两组滑道，固定框架内侧另外两边的中心处均开设有第一螺丝孔，两个第一螺丝孔的内部均螺纹连接有一个调节螺杆，固定框架两侧的中部均开设有调节孔，两个调节孔和两组滑道相对应。支撑组件包括底板、支撑杆、顶板、支撑板、限位孔、第二螺丝孔和支撑柱，该建筑结构设计模型展示装置，拧动两个调节螺杆，使第一模型和第二模型分开，进而可以观看两个模型内部的结构，实现便于观察和展示效果好的目的，而且通过限位螺栓可以转动调整组件，进而使第一模型和第二模型转动，进而可以在多个角度观察模型的结构，实现了便于观察和展示效果好的目的。同时该建筑结构设计模型展示装置，把两个模型卡接到两组滑道的内部，可以使两个模型稳定地固定在调整组件的内部，实现了稳定性好的目的。
3.2 结构平面布置优化方案
在整个结构布置方面，要遵循简单的基本原则，同时要体现出规则化特点。剪力墙尽可能布置在建筑四周或者门窗洞口上下对齐的位置处，要沿着两个主轴方向进行双向布置，同时两个方向相互之间的侧向刚度要尽可能相近，且两者之间的刚度之差不要超过20%，尽可能减少短肢剪力墙在其中的布设数量，要与建筑之间建立良好的沟通和交流关系，避免对建筑外立面或者造型产生任何影响。对一般剪力墙进行合理布设，在针对梁或者柱进行布置时，尽可能避免大跨度等情况，尽量少使用型钢梁柱。对设备管井隔墙下的结构小梁进行合理利用。对板顶附加钢筋进行适当更改，这样能够从根本上实现对混凝土以及钢筋整体使用量的有效控制。对于楼板的厚度以及大跨度双向板，通常是直接将跨度的1/40作为衡量依据，同时尽可能满足裂缝以及挠度方面提出的要求。针对地下车库进行布置时，与方案方或者甲方进行沟通之后，结合基础形式，在浅基础的情况下，采用小柱网会经济些。而在梁板结构形式设计以及优化方面，可以根据实际情况不同，对现有结构方案进行对比选择，对覆土厚度、消防车荷载以及人防荷载等相关因素条件展开综合分析。针对各个不同区域，对不同梁板形式进行合理利用，这样不仅能够从根本上实现对结构布置的完善和优化，而且能够从源头处实现对成本的节约。
3.3 抗震性能优化应用
从整个建筑结构体系入手，为了形成良好的设计优化效果，设计人员除了考虑到基础结构的稳定性外，还应该围绕整体结构抗震性能严格把关，明确影响结构抗震性能的各个因素，以形成更为理想的抗震性能保障效果。设计人员可以借助一些先进软件予以综合分析，比如BIM技术不仅仅可以辅助设计人员评估各个结构位置的抗震效果，还能够实现准确计算分析，进而有效处理各个故障点，降低优化难度。
3.4 现代信息技术应用
以BIM技术为代表的现代化信息技术，在建筑结构设计领域中具有广泛地应用，通过采用BIM技术能够建立结构设计三维模型，且能够将建筑工程信息融合在系统内，还能提高结构设计优化工作效率，同时能够根据数学模型的计算结果，确定建筑结构每个细节的具体设计方案并优化。信息技术具有可视化、立体化以及数据化等多项优势，比于传统的结构设计参数计算更加准确，且三维立体模型更加直观，有利于设计人员开展高质量的结构设计优化工作，对于建筑结构设计以及后续的施工具有重要指导作用。
总之，随着现代建筑对质量要求的提高，结构更趋向于复杂化，功能更加多样化，为了保证质量安全和功能实现，必须在结构设计阶段应用优化技术，完善结构设计方案，对于设计人员而言，还必须不断地提升自身的设计技能，熟练掌握相关软件的应用，从而提升结构设计优化的质量。
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