建筑结构设计优化方法及应用解析陈健

建筑结构设计优化方法及应用解析陈健

陈健

淮安市建筑设计研究院有限公司江苏淮安223001

摘要：近年来，随着人们生活质量的提高，对建筑质量要求越来越高。安全美观、经济实用等这些都是现代人们对于房屋结构设计的基本要求。为了满足人们发展的需要，就需要对建筑结构设计进行相应的优化，使空间资源能够得到合理有效地运用。本文主要阐述建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中应用的重要性，通过分析建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中应用的具体步骤，进而对优化方法在房屋结构中的实践应用进行探究。希望能够给建筑设计工作人员带来相应的指导价值。

关键词：建筑结构；设计优化；方法及应用

引言

结构设计是房屋建筑设计中的重要组成成分，直接影响着房屋建筑质量与房屋结构的安全性及稳定性。随着建筑行业的现代化发展，人们对于建筑工程的结构设计要求也具有了全新的标准，为了满足人们对建筑结构设计的更高要求，相应的设计人员需要不断的优化结构设计方案，找出其中的不足并加以改进。优化技术在房屋建筑结构设计中的运用，有效的弥补了以往建筑结构设计中的诸多问题，提高了结构设计质量，有助于建筑行业的长远发展。因此相关的设计人员需要科学合理的运用优化技术，发挥优化技术在房屋建筑结构设计中运用的预期价值。

1.建筑结构设计优化方法重要性

根据目前我国房屋建筑的发展趋势，未来的房屋建筑将以高层或超高层为主。因此如何减少资金的投入量，又保证人们对房屋建设的结构设计满意，就是广大建筑企业与相关的建筑设计人员需要认真探讨的问题。建筑企业需要在保证质量的前提下，对房屋结构设计进行优化。首先需要对设计方案进行科学的分析，运用先进的设计理念与方法对工程建筑进行总体的规划，这样建筑工程的造价问题就能够得到有效的控制。并且如果建筑设计人员能够将经济效益与设计方法进行科学的设计，那么企业将获得最大的经济效益。因此，将建筑结构设计进行优化，不仅能够使建筑设备与材料的功能得到全面的应用，适当降低造价投入，为建筑企业带来一定的收益，而且还能够与房屋的结构层次系统的结合，提高房屋的质量，保证居民的安全。综上所述，建筑结构设计优化方法对房屋结构设计具有重要价值，不仅能够满足现代人对于房屋设计的心理需求，而且还集审美、实用、生态以及经济等价值于一体，保证建筑行业的可持续发展。

2.建筑结构设计优化存在的问题

2.1基础设计问题

房屋基础结构设计关系着整体建筑的稳定性以及使用寿命，部分设计人员在房屋基础结构设计中缺乏重视度，没有对施工现场的地质环境进行实地勘察，仅仅凭借相关部门提供的数据资料以及自身设计经验进行房屋基础结构设计，导致设计方案与实际施工建设情况不符，基础结构实际存在盲目性，从而降低了基础结构设计质量。

2.2框架设计问题

框架设计分为横向结构设计与纵向结构设计，但是设计人员在框架结构设计中往往重视横向框架结构设计，而忽视了纵向框架结构设计的重要性，导致框架结构承载力不足。框架结构中的横向与纵向是框架水平与垂直承载力的主要来源，若是一方设计出现缺陷，就会导致整体框架结构承载力不足，在遇到如地震等突发自然灾害情况时，将会无法承受巨大的压力，造成框架整体稳定性失衡，从而危害人们的生命财产安全。

3.建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中应用的具体步骤

3.1建立建筑结构优化模型

3.1.1合理选择设计变量

构建建筑结构优化模型在选择设计变量时主要是指影响建筑本身结构的主要参数。而对于一些影响不大，变化范围相对较小或属于局部性的相关因素便能够满足设计的这些参数，主要使用预定式参数来表示，因此建筑工作人员在设计过程中所需要计算的设计数量与计算数量就相应地减少了，这样也直接决定着编程工作量的减少，能够使工作效率得到快速提升。

3.1.2确定目标函数

在进行建筑结构优化设计时，需要找到一组符合预定条件的目标函数，既需要包括截面相关的几何尺寸，还需要包含钢筋的截面积以及相关的失效概率等。这样能够使建筑工程的造价达到最少。

3.1.3确定相应的约束条件

为了使建筑结构设计的可靠性与规范性得到保证，所以在进行建筑结构设计的过程中，需要确定设计相关的约束条件，而设计结构的约束条件主要包括建筑结构本身的强度、构件、尺寸大小等相关约束以及建筑裂缝的宽度约束等方面，在进行建筑结构设计时，需要科学合理地对这些目标性质的约束条件以及实际性质的约束条件进行对比与分析，保证所有的相关约束条件都能够达到建筑工程的各项要求，这样建筑设计的效果才能达到最佳。

3.2设定科学的优化设计计算方案

房屋结构设计的过程中通常都包括许多的约束条件，而且有时候在进行计算时还会碰到非线性的相关优化问题。所以在计算过程中时，可以采取相应的方法进行转化，如拉式乘子法、复合形法等，将有约束的优化变为无约束的优化。保证优化设计计算方案科学合理。

3.3设计相关的应用程序

依据可靠度进行房屋结构优化设计的基本模型与计算方法后，就能够编写一个功能齐全、运算速度快捷的综合性强的应用程序。使整个结构设计能够全面有效地运行。

3.4对结果进行综合分析

得到具体的计算结果以后，就需要根据结果对设计方案进行对比与分析，从中选取一个效果最优的设计方案来执行应用。在分析方案的过程中，要注意从多个角度出发，对问题进行全面分析，因为这属于整个结构设计阶段的关键承接点。选择一个科学规范的设计方案，不仅能够保证房屋建设的安全美观，而且还决定着整个施工过程中的资金投入量。在对建筑结构进行优化的过程中，我们必须明确不能够单一的考虑问题，要学会将经济节约与建筑技术进行科学的结合与分配，这样才能够达到建筑的预期目标。

4.建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的实践应用

4.1概念设计与细部结构设计优化

在遇到一些不确定的数值因素如地震，我们在进行建筑结构优化设计时可以采用概念优化的方法，将相应的数值作为参考，作为辅助设计的依据。而如果是针对现浇混泥土拐弯处容易开裂的现象，就可以将其简化成矩形板，既方便又安全，所以应该重视对细部结构的优化设计。

4.2结构优化与排水系统优化相协调

在房屋结构设计中，排水系统的专用房间内布满了许多机械设备，所以其荷载能力与强度都非常大，因此，可以将其设置在地下室中，不过需要保证管道的预留宽度与尺寸符合设计的标准要求，楼板的钻孔位置也需要进行加固。并且要注意尽可能降低水平方向的管线穿过穿过柱或梁这一事件发生的概率。为了避免管道在建设过程中穿过了承重墙，因此需要对墙体进行对应的加固。这样可以保证建筑结构优化与排水系统优化相协调，降低管道绕柱或绕梁现象发生的风险。

5.结束语

建筑结构设计优化的方法在保证建筑本身功能的基础上，进一步提高建筑的质量与环保能力，在满足人们对房屋质量需求的基础上，还将安全美观、经济实用等价值结合起来，不仅能够进一步提升人们的审美能力以及文化素养，而且还有利于减少工程造价，使企业的建筑利润最大化，保证建筑行业的可持续发展。

参考文献：

[1]何萌萌，试论在建筑结构设计中如何提高建筑的安全性[J].江西建材，2015（4）：18~19.

[2]李娜，杨志杰，彭宝莹，概念设计与结构措施在建筑结构设计中的应用[J].门窗，2015（4）：142.

[3]王永艳，王永艳，许碧娟，建筑结构设计原则与合理设计方案研究论述[J].建筑工程技术与设计，2016.