建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的应用涂威

建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的应用涂威

涂威

广州华森建筑与工程设计顾问有限公司510030

摘要：建筑属于一种凝固的艺术，通过将建筑的结构设计与美观设计相结合从而建造出精美建筑。建筑结构设计需要遵循适用性、安全性、经济性、美观性等原则提高建筑空间发挥资源最大效用实现建筑工程良好的综合效益。在房屋结构设计中，需要应用到建筑结构设计优化方法实现房屋结构设计的经济化、实用性等目标。

关键词：建筑结构；结构设计；优化方法

引言

在房屋建筑领域，结构上的投入是整体投入中较多的部分，所占比重相对较高。不断地对结构设计进行优化可以使房屋质量安全得以保证，还能减少相应项目资金的投入，进而增加企业的经济收入与相关收益。以下将对建筑结构设计相关的优化方式及其在房屋结构设计的具体应用进行系统性阐述，以供相关人士进行参考。

1房屋建筑领域结构设计优化方式的重要性

我国的发展现状表明，房屋建筑在以后的日子里将会以高层或是超高层为主。如何减少资金的投入而且还得保证结构的设计符合百姓的要求成为相关人士以及建筑企业重视的事情。如果相关企业要想对房屋建筑的结构设计进行优化，设计方应该在保证质量合格的前提下，对设计方案进行系统化分析，应用先进的技术理念与设计观念对工程建筑进行总体的管理，从而合理地控制建筑工程的造价问题。事实表明，如果设计者能将施工的技术与经济效益做到紧密相连，规划出科学的设计方案，就可以保证建筑企业获得最大的经济收益。因此，对建筑结构设计的科学优化能够更加全面地发挥机械设备以及建筑材料的性能，与以往的设计相比较会更具有优势。而且进行合理优化时能够降低相应的造价投入，为企业的整体获取更大化的利益。同时对结构进行优化还能将房屋结构的层次进行系统性的结合，加强房屋质量的提高，更大程度地保证居民的居住安全。由此看来，对建筑结构进行相应的优化是提高居民居住安全、为企业创造最大利益的重要方式之一。

2结构设计优化技术在建筑结构设计中的步骤

房屋工程结构优化通常包括以下几个方面：基础结构方案的优化设计、屋盖系统方案的优化设计、维护结构方案的优化设计以及结构细部设计的优化设计。这些方面的设计优化内容还包括选型、受力分析、造价分析等，在实际的施工中密切的结合实际的施工情况，追求优化的实际应用性，围绕提升房屋的综合价值进行优化设计。使设计出来的房屋造型美观同时还能够满足人们对于安全、经济的要求，设计出真正的经济适用房。

2.1建立结构优化模型

结构优化设计通常情况下分为两部分，一部分是结构优化设计模型，另一部分就是结构优化计算方案。所谓的结构设计优化就是变量中选择出主要的参数，然后根据数据分析建立起函数模型，运用函数模型借助较为科学的方法计算出最优解。建立模型的步骤一般有以下几步：

（1）选择合理的设计变量。设计变量的选择对于模型的构建具有重要的意义，设计变量的选择将会影响到对设计要求影响较大的参数的选择，进一步涉及到参数重要性的区分问题。选择出了合理的设计变量在很大的程度上能够减少计算编程的工作量；

（2）确定目标函数。首先找出满足函数条件的最优解，然后确定约束条件。在房屋的优化设计中存在着很多的约束条件，其中有：应力约束、裂缝宽度约束、结构强度约束、尺寸约束、从弹塑性约束等，在进行优化设计时要确保所有的约束条件都在规定的范围内，能够满足设计规范，即在规范条件内满足约束条件。

2.2设定优化设计计算方案

结构的优化涉及到很多的约束条件以及变量，因此在进行计算时需要将所有的约束条件转化成非约束条件，充分的考虑变量因素，运用各种数学计算方法做好计算方案的设计工作。

2.3程序设计

在构建好结构优化模型、设定好优化设计计算方案后就可以在以上基础上进行程序的编写，然后将编写好的程序导入计算机中，在进行计算时只需要将相关的数据输入相关的变成或者是系统中，通过计算机程序的自行计算便能得出相关的结果。

2.4结果分析

在得出计算结果后，对其进行分析，进而确定出最佳的方案。在实施结构设计优化技术在建筑结构设计中的步骤时，要注意各方面的因素，要能从多方面进行考虑，保证所有的问题的难度降到最低。房屋的建设本身就是一项花费资金较多、耗费人力较大的工程，实施结构设计优化技术的主要目的就是为了将相关的成本降到最低，同时保证房屋的质量以及美观。因此在建造是要注意以下几个方面：处理好经济与技术之间的矛盾。在进行设计时，肯定会涉及到经济的问题，并且技术在一定的程度上与经济也会存在这矛盾，技术的引用和实施必然会涉及到经济因素，但是最为建造商对此要有充分的认识，能够认识到经济与技术之间矛盾存在的必然性，能够理解到技术做带来的经济方面的节约量将会远远超过耗费量，要大力的引用技术。

3在房屋建筑领域，结构设计优化方式的具体应用

3.1房屋建筑的整体性与局部性优化。

建筑在设计上都具备着相应的层次性和复杂性的特点。从层次性角度讲，包含着建筑的整体设计体系、结构相关体系、安装体系等，每一个单独的体系又包含了众多的下属体系。在对房屋进行设计时，设计者要对每一个下属系统地进行相应的优化，冲破关联的横向性，实现叠加型工程；对于复杂性来讲，主要包含选取建筑的材料、选取建筑的零部件等。因此在进行结构优化时要从整体入手，才能真正实现整体的设计优化。

3.2寿命优化和分段优化

任何工程项目在限定的使用期限内，所有环节都有多种设计方案可供选择，即各个阶段都可以进行优化完善。为此，房屋设计人员应当根据各个阶段的特点和性质不同来进行优化方法的选择和确定，促进整体工程寿命优化，延长建筑的使用时间，强化工程质量，提升企业的经济效益。

3.3对建筑主体上部结构进行的科学性优化。

房屋建筑的上部结构设计应当建立相应的模型并进行系统的优化。整个过程最先一步就应当合理地设置剪力墙，保证剪力墙整体的质量是均匀的，这样能将楼层中平面刚度的中心点重合于楼层整体的结构重心，从而减少地震或者风力等对其的破坏性。在房屋建设时，如果条件允许，要尽可能地对剪力墙进行大开间的构造，加长剪力墙的墙肢长度，这样就能减少墙肢的数量，还能在符合标准的基础上减少混凝土的使用。另外，剪力墙里的暗柱是拿一般性钢材铸造而成，如果采用较大的剪力墙就可以减少相对的钢筋使用数量，减少相应的成本。然而如果建筑的本身不具有相应的条件，而且对于抗震抗压的要求较高，就不得构造过大的剪力墙。

3.4结构同建筑的协调优化

此外，我们在进行房屋建筑结构设计优化的过程中，还应当尽量保证建筑结构能够与整体平面配合紧密，最大限度上实现造型美观、结构合理的目的。在布设建筑柱及墙的时候，应当尽量同房屋建筑平面的功能需求保持一致，确保所有房间进深、开间的统一。建筑系统也要尽量简洁，墙与柱不能够出现错位现象，每层高度与截面面积都要保持一致。在进行楼梯和电梯的设计过程中，对于其应力集中的转角区域，应当选择高强度的承重构件，以此来降低自重，如果不是承重的构件则可以选择质量较轻的建材。

4结束语

对房屋结构的设计进行优化有着最基本的目的，就是保证建筑本身的功能，提高建筑主体的质量，提升建筑的环保能力，增加建筑企业的经济收益。如果要想达到这样的一个目标，就需要房屋建筑的设计者积极提高自我的知识水平，要在原有的基础上开拓创新，主动为人民居住的房屋提供安全性的保障。

参考文献：

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