房屋建筑结构设计中结构设计优化方法的应用

房屋建筑结构设计中结构设计优化方法的应用

朱严寒

（文成县建筑设计室，浙江温州325300）

摘要：本文通过对建筑结构设计优化方法进行理论性叙述，通过对房屋结构设计的分析，进一步对建筑结构设计优化方式的具体应用情况进行合理分析，以期为今后的建筑结构设计提供正确参考。

关键词：房屋建筑；结构设计；优化方法

前言

房屋结构设计优化是当下建筑行业内尤为重要的提升与改善内容，合理的选择结构设计方案才能更好的帮助设计者达到相应的技术要求，设计出更加安全合理、大方美观的房屋。

1建筑结构设计优化方法简述

建筑结构设计优化指的是在进行建筑施工设计的过程中，首先对建筑的方便性进行考虑，严格遵循建筑设计过程中的合理性与实用性，将建筑结构设计与艺术相结合，使房屋在建筑结构设计的过程中，可以将房屋功能与美观设计相互融合，给住户以美的享受，充分体现当下建筑行业新形势的发展目标。其次，针对建筑结构进行设计后，需要在设计方案中进行优化选择，得到即能保障住户安全又能满足住户审美需求的设计方案。

在建筑结构设计的优化过程中，由于建筑设计并不是一门单一的学科内容，因此，在进行结构设计的过程中可以将多方面的知识加以运用，完善设计内容。结构设计的优化过程更是对房屋安全性与实用性的提升，因此在实际计算与探究过程中需要时刻把握房屋设计的重点。同时，房屋结构设计的过程中，需要保证所进行的优化设计能满足节能环保、经济性较好、便于施工、科学性强、创新性高等基本要素，这样才能真正保证高效合理的房屋优化设计新模式。

因为建筑结构设计优化方法是选择最佳的一套方案，在具备一些标准的前提下，还具有以下特点：（1）在进行建筑结构设计优化方案设计时，所牵涉的领域较广，其设计的方法多具备科学的联系性；（2）具有较强的美观性；（3）结构优化的方法具备较强的实用性以及较高的质量安全保证；（4）具有环保性以及经济实用性。

2结构优化在房屋结构设计中的作用

从我国建筑行业的发展趋势上来看，高层建筑和超高层建筑将会成为我国房屋建筑未来的主流方向。在这样的环境下，如何在减少自己投入的基础上，确保结构设计能够符合当代需要成为了业界人士需要面对的问题。通常情况下，要想对房屋结构进行优化，施工人员就要在保证建筑质量安全的基础上对设计方案进行深入分析，采用先进的设计理念和技术手段，对工程的造价进行合理控制。相关的调查统计显示，房屋结构在经过优化设计处理后，其建设成本能够相对减少10%到20%，在经过结构设计优化方法的处理后，能过更加合理地应用建筑材料，充分发挥出材料的性能，保证结构内部各构件的协调。然而在现实的设计优化过程中，由于受到种种客观因素的限制，使得结构设计优化方法在应用过程中存在很多障碍，严重影响到了结构设计优化方法的应用。为此，我们应当在日后的发展过程中将房屋结构中各单位进行有机整合，对结构设计优化方法的应用进行深入探究，确保房屋建筑的质量和安全。

3结构优化设计在建筑结构设计中的步骤

3.1建立结构优化模型

建筑结构优化计算方案和优化设计模型是建筑结构优化设计的两个重要组成部分。结构设计优化就是在众多的变量中选出重要的参数，针对这些参数进行函数模型的建立，从而计算出最优解。通常来说，模型的建立总共分为两个部分：首先是选择较为合理的设计变量，这对模型的构建有着至关重要的作用，同时变量设计也会影响到参数的选择，合理的计算变量能够有效地减少计算编程的工作量；其次是确定目标函数。目标函数的确定要先找出能够满足函数条件的最优解，然后对约束条件进行确定，约束条件包括尺寸、强度、弹塑性以及应力等方面。在进行建筑结构优化的时候，要保证这些约束条件都在规定的范围中，满足设计所需的要求。

3.2设定优化设计计算方案

在建筑结构优化中，很多约束条件和变量参数都会对优化过程产生影响。所以在进行计算的时候应该把所有的约束条件都转化成非约束条件，确保优化过程顺利完成，同时，要全面地考虑到变量的因素，运用科学合理的计算方法进行建筑结构的优化设计工作。

3.3程序设计

程序设计就是在设计优化计算好方案的基础上，进行程序的编写，将程序导入计算机中，在后期的计算过程中只需要将相关的数据输入系统中，通过计算机计算就够更加直观的得出结果。

3.4结果分析

结果分析时结构优化设计的重要一步，对计算机结算出来的数据要进行详细的分析，才能够根据数据给出的信息确定优化设计的最佳方案。在进行结构优化设计的时候，要全方面地考虑到各种阻碍因素，最大程度地保证建筑的结构优化设计工作的完成。对于建筑工程来说，会耗费较多的财力物力和人力，进行结构优化的最终目的就是要将这些这些指标降到最低，同时保证建筑质量的可靠性。所以，在进行建筑的时候，通常要注意以下几个问题：首先要在建筑的经济和技术之间找到一个平衡点，把这两者的矛盾降到最低，在高技术的情况下，不必花费更多的经济；其次，要充分理解技术所带来的经济效益，要认识到由于技术的改进减少了不必要的经济消耗量，所以，要大力应用技术。

4结构优化设计方法在房屋结构设计中的应用

4.1整体优化和局部优化

从整体性的特点上来看，房屋建筑的结构设计包含了设计体系、结构体系和安装设计体系等相关内容，每个体系下面又包括了若干下属体系。在进行房屋建筑的设计时，相关的设计人员应当对各个下属系统和体系进行优化，促使各个布局间的横向关联冲破，保证各环节之间能够协调搭配。而从复杂性的特点上来分析，房屋建筑的结构设计主要是由原料选取、零部件选取以及结构类型选取等内容构成。这就在一定程度上体现了，要想使房屋建筑的结构得到最优化设计就要从整体的角度出发，注重整体优化和局部优化之间的关系处理。

4.2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，促进整体工程队寿命优化，延长建筑的使用时间，强化工程质量，提升企业的经济效益。

4.3上部结构优化

上部结构的优化在房屋结构设计中具有重要的作用和影响，一般来说要想对房屋建筑上部结构进行优化，就先要合理布设剪力墙，确保剪力墙质量均匀，促使对称楼层的平面刚度中心点与楼层的结构重心相重合，因此来削弱地震和风力灯外力的扭转影响。在条件允许的情况下，我们还要尽量应用大开间的剪力墙构造，增加剪力墙的墙肢长，这样不仅可以缩减墙肢的数量，还能够在一定程度上减少混凝土的使用量。值得注意的是，如果房屋建筑所在区域的地质条件较差，并且建筑对于抗震性能具有较高的要求，在这种情况下我们就应当避免采用大开间的剪力墙构造。

4.4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。在进行楼体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，如果不是承重的构建则可以选择质量较轻的建材。

5结语

随着经济的发展和工业化进程的加快，建筑行业的竞争也越来越激烈，市场中的建筑企业要想在竞争中胜出，就必须对建筑施工以及建筑的结构设计进行详尽的研究，更大程度地保证建成的建筑质量可靠，对结构设计进行不断优化，才能够赢得市场。

参考文献：

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[2]景毅．建筑结构设计中的概念设计及结构措施[J]．科技风，2014（18）

[3]何新华，胡文发．设计阶段建筑结构系统造价的优化分析[J]．建筑科学，2000（03）