房屋结构设计中建筑结构设计优化方法的应用分析

房屋结构设计中建筑结构设计优化方法的应用分析

王耽

南宁市建筑设计院

【摘要】房屋既是人们工作的必备处所，也是人们居家生活的温馨港湾。如今，物质文明与精神文明的迅速发展，使得人们对工作和生活环境要求越来越高。然而，房屋结构中建筑结构设计直接影响房屋的使用功能与美观度。所以，需要通过建筑结构设计优化来满足当下的市场需求。本文以房屋结构中的建筑结构优化应用为基点，进行了相关的简要探讨。

【关键词】房屋结构建筑结构设计优化

由于我国人口众多，城乡经济差异较大，造成大部分人向城市聚集的现象。这在一定程度上促使了高层建筑及超高层建筑的发展。我国的人口基数庞大，高层建筑与超高层建筑必将成为未来房屋建筑的主要类型。因此，现代的房屋结构的建筑结构设计需要不断地追求创新科技的应用，以求实现更加低碳节能、更安全合理的可持续性发展。结构设计的优化应用在有效降低成本的同时，还能大力促进建筑行业高科技技术的快速发展。

一、建筑结构设计优化的具体步骤

（一）建立结构优化模型

结构设计优化就是在大量的变量中选择重要参数，然后在此基础上对选出的参数进行函数模型的建立，最后再计算出最优解。建立结构优化模型要从两方面入手[1]。第一，首先是选择比较合理的设计变量，设计变量的选择不仅影响到参数的选择，更对结构优化模型的建立起到决定性的作用。只有首先建立正确的结构优化模型，才能进行合理的计算变量，从而有效地减少计算编程的工作量。第二，在选择合理设计变量后，再确定目标函数。确定目标函数首先要寻找出能够最大限度满足条件的最优解，然后才能根据其约束条件进行确定。约束条件包含了强度、应力、变形等各方面所需必备条件。在进行建筑结构优化设计时，必须要保证以上的约束条件都在其范围之中，才能完成设计优化的目标。

（二）确定结构优化计算方案与程序设计

建筑结构的优化工作中，其计算方案的确定是十分重要的。在房屋结构的建筑结构优化实践中，大量的约束条件和变量、参数会影响整个优化过程。因此，在进行结构优化计算中必须把全部的约束条件都转化为非约束条件，以此确保优化方案的顺利实施[2]。与此同时，还要全方位地考虑到变量的形成因素，充分利用科学合理的计算方法实施建筑结构优化设计工作。设定好科学合理的结构优化计算方案后，就要进行其完整程序的编写，并将程序导入计算机。在后期的计算过程中，只需要将相关的数据输入其程序系统，就能很快地通过计算机得出直观的计算结果。

（三）结构优化结果分析

结构优化的结果分析即对根据程序计算出来的数据进行全面的细致的分析，并根据数据信息选出结构优化设计的最优方案。因此，在进行结构优化设计时，要全方位地考虑到各种有可能造成阻碍的因素，尽最大可能保证建筑结构优化设计工作的顺利完成。建筑工程的投入比较大，要消耗掉大量的财力、物力与人力[3]。结构优化的就是在保证建筑项目的基础上，将建筑项目的成本降到最低。因此，在建筑结构优化设计时，要注意两个问题。第一，在建筑的投入成本和技术之间找到平衡，实现以最低的成本实现高科技技术应用的目的。例如太阳能利用，零污染、低成本。第二，一定要充分理解技术应用重大现实意义，要真正认识到技术提高能有效减少成本的投入。例如：某图书馆，三层22m跨大梁采用后张有粘接预应新技术，解决了跨度大，荷载大的问题。梁截面400x1500mm，选用后张有粘接部分预应力混凝土梁，预应力钢筋3－7Φ5，利用荷载平衡法平衡恒载加1／4活载，以保证在无荷载时不至于反拱过大。因此，要加大在建筑项目中的现代技术应用。

二、建筑结构设计优化方法应用

（一）整体优化、局部优化及使用寿命优化

建筑结构设计优化要把建筑项目整体优化与局部优化有机结合起来。第一，首先从整体性的特点上来说，房屋建筑结构设计包括设计体系、结构体系、安装体系等相关系列内容。每个体系又包含了分支系统。因此，在进行房屋建筑设计时，设计人员应对各个体系及其分支系统进行全面的优化，使各个布局间的横向融合，从而实现各环节间的协调配合[4]。第二，从复杂性的特点上来说，房屋建筑的结构设计由采购原料、部件选择、结构类型选定等方面的内容组成。由此可见，要达到房屋结构的最优化就要立足于整体化、充分协调整体优化与局部优化之间的关系。另外，房屋建筑是直接关系到人们工作生活的重大工程。因此，房屋的使用寿命优化也是房屋建筑结构优化工作中不可或缺的重要组成部分。设计人员在保证工程质量的前提下，对工程的各个环节进行直接或间接延长房屋使用寿命的优化设计，才能真正实现房屋使用寿命的优化。

（二）钢筋混凝土框架结构优化与电气优化

在如今的房屋建筑中，绝大多数的房屋建筑都是钢筋混凝土结构。因此，非常有必要进行钢筋混凝土结构的设计优化。钢筋混凝土结构体系的建筑的优化要运用准则法，准则法就是根据工程经验和力学概念以及非线性规则的最优条件，预先建立某种准则，通过相应的迭代方法，获得满足条件的设计方案，作为问题的最优解或近似最优解，以间接达到优化目标的方法。通常情况下，根据经验给出建筑结构的初始截面，然后采用有限单元法进行设计优化。首先要针对房屋建筑的整体结构进行受力分析，然后再进行每一个构件的受力分解。最后，再运用公式进行计算，由此得出房屋建筑钢筋混凝土结构最佳的优化模型。此外，在房屋建筑结构设计中电气管线的安装设计也是十分重要的，通常电气管线安装是在墙体或楼板中，这对结构设计造成了一些难以避免的问题。因此，在进行房屋结构设计优化时，就要进行具体问题的细化分析。比如，在室内空调安装之前，就要事先进行空调孔洞的预留。如果没有事先预留好，那么在进行空调安装时，就要进行临时的穿孔，如此不仅影响美观，也会对墙体造成一定程度的破坏，其他的设计也有可能会受到影响。其他的管线，比如通信线路、燃气管道等电气管线的设计也都要进行周密的同步优化。

（三）房屋的结构与建筑结构协调优化

在房屋建筑结构设计优化的工作中，设计人员还必须尽量保证建筑结构与整体平面、立面的紧密配合，同时达到最大程度的美观性和合理性。在布置和设计建筑柱体与墙体时，必须满足房屋建筑平面的功能需求，同时保证所有房间的进深、开间都能满足规范要求[5]。建筑系统的墙体与柱体不能错位，每个楼层的高度与其面积要协调统一。楼梯与电梯的设计过程中，对其受力集中的区域，比如转角墙、因填充墙形成的短柱等，为了加强这些区域的承重能力，在设计时就要重点加强，结构布置也要合理。除此之外，还要保证整体建筑的重心、刚心、质心的正确交叠、防止出现扭转过大的情况，以确保同步实现房屋结构与建筑结构协调优化。

结束语：

随着社会的发展和人们需求的提高，房屋结构的建筑结构优化已势在必行。房屋结构的建筑结构优化设计不但可以使建筑物的外形更美观、建筑物的功能更加丰富，还可以在保证建筑质量的前提下，积极地实现节能减排，有效提高建筑企业的经济效益，从而全面推进建筑行业的持续性发展。

参考文献：

[1]孙桂宏.建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的应用[J].门窗,2014,11:234.

[2]王小引.建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的应用研究[J].江西建材,2015,05:24.

[3]王璇,王磊.房屋建筑结构设计中优化技术应用探讨[J].工业设计,2015,05:73-74.

[4]邵伟,惠秋景,胡进.建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的应用[J].住宅与房地产,2015,22:77.

[5]徐金苗.建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的应用[J].江西建材,2014,18:37.