建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的运用分析

景毅

摘 要：该文简要说明了建筑结构设计优化方法的涵义与特点，阐述了建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中应用的必要性，分析了建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中应用的注意事项，并论述了建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的实际运用。

关键词：建筑 结构设计 优化方法 房屋结构 运用

中图分类号：TU2 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）09（c）-0036-01

1 建筑结构设计优化方法的涵义及特点

建筑结构设计优化方法就是在考虑建筑施工方便性的同时，将建筑结构设计方法与审美学、艺术学等进行有机整合，将房屋功能和建设目的全部涵盖在内的一种结构设计方法，然后再将所有可能的结构设计方案进行优化选择，得到安全适用，又美观大方，同时保证质量、经济性和施工方便性。因此，建筑结构设计优化方法具有以下几个特点：（1）结构设计优化方法多学科联合性广；（2）结构设计优化方法美观性强；（3）结构设计优化方法质量安全性高；（4）结构设计优化方法实用性强；（5）结构设计优化方法既节能又环保；（6）结构设计优化方法经济性强；（7）结构设计优化方法便于施工管理；（8）结构设计优化方法科学性强；（9）建筑师在保证设计安全的前提下，应该敢于挑战新的结构形式[2]，因此，结构设计优化方法的创新性高。

2 建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中应用的必要性

传统的建筑结构设计注重安全质量，在建筑造价上控制不到位，常使得工程在设计阶段造价增长5～8%左右，而且建筑结构设计往往存在一定的缺陷，在美观上也不讲究，千篇一律。这些因素都不符合现代人们对于居住房屋的心理需求。在房屋结构设计中应用建筑结构设计优化方法，能够将审美价值、实际使用价值和经济价值，生态价值等进行统一和整合，降低房屋工程造价，节约原材料，保证房屋结构稳定、使用寿命长，具有较高的艺术性等，从而实现房屋建筑的综合效益[3]。另外，应用建筑结构设计优化方法可以节约成本30%左右，实现建筑材料的资源优化配置，提高材料的使用率，对于提高建筑企业的经济效益，保证其可持续性发展具有非常重要的作用。因此，建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的运用是十分必要的。

3 建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中应用的注意事项

虽然建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中应用具有较多的优势，但是，各建筑企业及开发商必须坚持工程质量第一的原则下，才可以选择结构设计优化方法。切不可过分追求艺术性和企业利益，利用缩减建材、降低质量标准、削弱技术性能等方法来获得最优施工设计方案[4]，很显然，这种最优方案带给业主的将会是一个只可远观，不可近用的不合格产品，严重损害业主的利益。这是房屋结构设计中应用优化设计方法需要注意的原则问题。另外，在实际应用中，由于实际工况的原因，结构设计优化方法的运用还需要用概念设计来指导和检验数据结果的合理性[5]。

4 建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的实际运用

某房屋工程为五层写字楼，总面积为6375 m2，长度为56.2 m，宽度为16.2 m，房间开间为4.8 m，走廊宽2.4 m，层高为3.6m。以粉细砂层为基础持力层，冻土深度1.03 m，地下水位埋深约为4 m，抗震设防烈度为8°。对于此工程运用建筑结构设计优化方法主要从建筑整体和分部结构两方面进行结构设计优化。

4.1 房屋建筑整体的设计优化

对房屋建筑整体的设计优化需要先建立结构优化模型，再选择优化计算方案和程序，然后进行计算结构的科学分析三个步骤来实现。第一步：（1）选择并确定设计变量。设计变量一般选择对建筑设计发挥着较大影响的因素作为参数，将那些对建筑设计发挥着较小影响的因素作为预定参数，降低设计工作量；（2）确定优化设计目标函数；（3）确定模型约束条件。一般在房屋可靠度优化设计中，其约束条件主要包括结构强度约束、应力约束、变形约束、裂缝约束、弹性约束等。第二步，在应用房屋结构设计优化方法时，建立于可靠度的优化设计变量较多、非线性优化较多，为方便进行计算，将约束优化转变为无约束问题进行计算，计算方法主要包括拉式乘法、Powell法等。根据优化模型与计算方法，设计计算程序。第三步，通过优化模型的建立与求解，可以发现建筑结构设计中存在的不合理问题，提出解决方案，对建筑结构设计进一步优化处理，从而实现房屋结构的适用性、安全性、经济性。

4.2 房屋建筑分部结构设计优化

（1）建筑基础拉梁设计优化。该写字楼高度为18.2 m，抗震设防烈度为8度，为了达到抗震效果建筑基础设计为短柱形式。将相邻两短柱中心距的1/20作为基础拉梁截面高度。在建筑施工中，建筑高度较低时，可以应用最小钢筋使用率，但是为了保证建筑抗震结构及拉梁正负弯矩与建筑上部混凝土框架处于一致状态，就需要就基础拉梁设计为最大。

（2）基础设计荷载设计优化。由于该写字楼工程只有五层，不需要进行建筑基础抗震能力校验。建筑结构为钢筋混凝土框架体系，在进行设计优化时，需要考虑到风荷载问题。

（3）钢筋混凝土框架结构设计优化。该建筑采取的是钢筋混凝土框架结构体系，需要应用准则法进行结构设计优化。在已知建筑结构截面的前提下，运用有限单元法，对建筑整体结构进行受力分析，再进行结构分解，将每一构件受力进行结构优化，经过公式推算，计算出钢筋混凝土框架的最优级结构。

（4）建筑结构计算周期设计优化。由于写字楼设计为轻质墙体，为了提高建筑质量，尽可能的使其使用年限等同于设计所限，需要对建筑结构计算周期乘以折减系数0.7～0.8进行折减计算。

5 结语

建筑结构设计优化方法能够在房屋结构设计中将安全美观性和经济适用性完美的结合起来，满足人们对房屋居住质量的要求，同时提升人们的审美观和文化素养。而且能够降低工程造价，提高企业的建筑利润，更好的促进企业可持续化发展。

参考文献

[1] 王也.建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的应用[J].中华民居（下旬刊），2013（3）：81-82.

[2] 邹俊.建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的现实应用[J].科技传播，2010（19）：139.

[3] 胡天水.房屋结构设计中的建筑结构设计优化[J].中华民居（下旬刊），2013（4）：45-46.

[4] 周汉杰.建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的应用[J].中华民居（下旬刊），2014（1）：117.

[5] 何冬霞.建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的实际应用[J].中华民居（下旬刊），2013（10）：18-19.