结构优化设计在房屋结构设计中的运用

结构优化设计在房屋结构设计中的运用

严明煜

严明煜

浙江东南建筑设计有限公司浙江杭州310000

摘要：建筑行业的发展机遇与挑战共存，并且随着越来越多的建筑企业参与到市场竞争中，使得建筑行业的竞争也越发激烈。因此，如果建筑企业想要在暗流涌动的市场格局中争得一席之地，就必须要改进原有的建筑结构设计，优化设计技术水平。因此，当前对建筑结构设计中优化技术的研究是必不可少的。

关键词：建筑结构设计；优化技术；应用探讨

1建筑结构设计优化的概念、特点以及重要意义

所谓建筑结构设计优化，主要是指建筑在最初的设计之时，除了要保障房屋建筑等的施工安全性以及实用性，还要能够在基本满足人们最基本生活要求的同时，尽量保证房屋结构不仅美观，还要合理、舒适，使得房屋建筑具有安全性、适用性、经济性、科学性、美观等的综合性设计方案。一般建筑结构设计优化方法普遍具有以下几个特点：（1）建筑结构优化设计方法具有多样性和综合性的特点。（2）建筑结构优化设计方法是与艺术等审美标准相融合的设计，直观效果比较强。（3）建筑结构优化設计的安全系数得到了整体的提高。（4）建筑结构优化设计的适用性增强。（5）建筑结构优化设计能够体现当今时代的低碳要素，具有节能性和环保性。（6）建筑结构优化设计的经济化趋向愈来愈明显。（7）建筑结构优化设计在管理中更加简易、方便、快捷。（8）建筑结构优化设计具有科学性（9）建筑结构优化设计具有明显的创新意识、突破了传统的设计形式。建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的应用具有以下重要意义：建筑结构优化设计方法在房屋结构设计的应用中，是以优化房屋的结构、保障房屋建筑的质量及其安全为目的的。根据近年来我国城市建筑的发展趋势以及科学技术的发展情况来看，与传统的房屋设计相比，经过优化设计的建筑所采取的设计理念以及设计技术更为先进和科学，能够充分发挥房屋建筑建材的性能以及其设备的性能的优势，成本支出也更为低廉，从而实现企业利益的最大化。除此之外，建筑结构优化设计方法应用于房屋结构设计中，能够实现房屋建筑内部结构的协调和整合，有效提高房屋建筑的质量以及安全性。现代的建设结构优化设计方案和传统的建设房屋比较，运用设计方法后的建筑可以降低工程的建设投入成本和投资，提高建筑结构的优化方法，可以节省建设材料的使用，充分利用建设材料。

2结构设计优化技术在建筑结构设计中的步骤

2.1结构优化模型

房屋结构整体优化设计方法分以按3个步骤进行。首先，选择设计变量。一般把对设计要求起主要影响作用的参数作为设计变量，如目标控制参数（结构造价C1和损失期望C2）和约束控制参数（结构的可靠度PS）；而将那些对设计要求来讲，变化范围不大或是根据结构要求或局部性的设计考虑就能满足设计要求的参数等作为预定参数，这可以大大减少设计、计算和编制程序的工作量；其次，确定目标函数。寻求一组满足预定条件的截面几何尺寸和钢筋截面积以及失效概率，从而使总费用最小；第三，确定约束条件。房屋结构基于可靠度优化设计的约束条件，则包括尺寸约束、结构强度约束、应力约束、变形约束、裂缝宽度约束、构件单元约束、结构体系约束、从正常使用极限状态下的弹性约束到最终极限状态的弹塑性约束、从可靠指标约束到确定性约束条件等。在设计中，要使结构优化设计应用于实际房屋结构工程，则是路房屋结构设计中实际的约束条件与目标约束条件相比较，保证各约束条件都符合现行规范的要求，以实现最优设计。

2.2设定优化设计计算方案

房屋结构基于可靠度的优化设计问题属于比较复杂的多变量、多约束非线性优化问题，一般情况下，在计算过程中，应转化问题求解，即将有约束优化问题转化为无约束问题。可以利用起来的优化设计计算方法有复合形法、拉氏乘子法、Powell法等。

2.3进行程序设计

根据基于可靠度的结构优化模型和选择的优化设计计算方法，编制功能齐全、运算速度快的综合程序。

2.4结果分析

对计算结果进行分析，确定最优设计方案。

在上述步骤的执行过程中，涉及的问题包括多个方面，所以要全方位、多角度地考虑。这主要是因为建设投资这项工程的耗资非常大，涉及到的情况非常多，所以，总法则和考虑必须综合进行，不能片面地追求资金的节约而不顾设计的优化作用。技术与经济之间存在一对矛盾，要能够正确处理，因为它是控制投资中至关重要的环节。因此，在设计中片面强调经济节约是不正确的，应满足技术上的相应要求，使项目达到相应的功能倾向，与此同时，要反对重视技术，轻经济、设计保守浪费的现象。

3建筑结构设计优化在房屋设计中的具体运用

3.1整体和布局的统一性

以湖南省某处建筑设计为例，建筑平面图如图1所示，在建筑设计过程当中，经常会运用到艺术建筑设计理念，在项目的整体性工程设计方面，需要对建筑设计和艺术性设计实施完美的结合。因此，在建设过程中需要充分地考虑到整体建筑项目风格以及对建筑环境的和谐统一。从另外一个角度上来进行分析，建筑的局部美和整体性设计上都需要进行和谐统一，不管是在走线的方式还是建筑给排水管道的铺设上，都需要以整体性和安全性为主要的设计原则，在充分的保证建筑安全性的前提下来进行美观性设计。

3.2建筑结构的优化设计

在建筑结构设计优化工作当中，需要充分考虑到建筑剪力墙的优化设计，在建筑优化设计过程中主要表现在对建筑的安全性能的保障方面。充分结合建筑设计的中心位置以及剪力墙的整体受力形式，尽可能降低剪力墙的设计指标，在降低建筑受力方面，需要重点考虑建筑整体力受力情况，对钢筋混凝土施工的总用量进行控制，并且在充分保证建筑施工的基本条件下，降低对施工材料的使用量，这在很大程度上可以提升建筑施工单位的经济效益。

3.3房屋建筑结构中基础桩的设计和优化

在房屋建筑施工过程中，经常使用的是灌注桩与预制桩，如图2所示，这两种桩体每一个部分都存在着各自的优点和不足，在建筑施工过程当中，需要对其实施科学的设计以及合理的选择。在灌注桩的施工过程当中，施工整体成本上相对性价比比较高，所以在桩的使用率方面要更高一些。随着工程施工速度的不断加快，建筑地基会不断深入，对桩体所产生的阻力大小慢慢提升，因此，在优化设计工作当中，采用先进的设计方式，充分保证桩体工程的施工质量。

3.4建筑辅助性设置的优化设计

在建筑整体设计优化工作当中，比较重点的设计项目，就是对建筑排水方式的优化设计，因为建筑的水源大部分都集中在了卫生间和厨房，在对这部分优化设计过程当中，很多空间条件上都受到了比较严重的限制。但是在科学化的排水系统的优化设计上，是现代建筑设计工作当中的必然构成部分，在整体的排布方式方面也会影响到居民的正常工作和生活，所以说在对排水系统的排布位置和水管设计方面需要进行科学的设计，其中存在很多水管需要进行穿墙设计，并且在设计过程中很可能产生绕梁或者是绕柱的相关问题。在对排水系统实施优化设计过程中，必须要充分注意这些方面的问题，避免产生一些安全性事故造成居民的人身安全影响，因此，在建筑管道设计过程当中，需要充分遵循对应的图纸标准化的设计要求进行施工，不能存在人为性的更改管道线路的举措[3]。

结束语：

总之，建筑结构设计优化对促进建筑结构设计进一步提高意义重大，其优化好坏决定着建筑结构设计的效率和安全。在我国，目前针对这一方面的技术还存在许多的问题和不足，因此，为进一步促进我国建筑行业的发展以及满足社会发展的要求，建筑行业的相关人员必须要在结构设计优化技术方面投入更多的心血。

参考文献：

[1]李秀芬.建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的应用分析[J].建筑技术开发，2018，45（06）：9～10.

[2]方杰.略谈建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的应用[J].建材与装饰，2017（12）：120～121.

[3]薛哲.建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的应用研究[J].城市道桥与防洪，2018，（07）：332-334，31.