浅议建筑物结构设计优化的方法

朱国伟

摘 要：文章通过对房屋结构优化设计方法的介绍，帮助设计者改进设计方法，提高结构设计水平，从而能够合理利用空间资源，完成安全可靠、美观实用的建筑房屋结构设计方案。希望对相关工作提供借鉴。

关键词：建筑结构设计；设计优化；方法

引言

进入21世纪以来，随着物质生活水平的不断提高，人们的生活理念发生了巨大的变化。作为人们工作生活的场所，房屋建筑的结构设计也成为人们关心的话题。在现代消费观念的影响下，房屋不再仅仅是供人居住办公，遮风挡雨的场所，同时还被赋予了满足人们审美观念的新功能。当前，除了最基本使用功能外，建筑正在被开发出越来越多的新用途，同时也是人们实现审美追求，提高生活格调重要途径。建筑设计师在设计房屋时，不仅要考虑房屋的使用功能，更要从美学角度考虑更多的内容。只有二者协调统一，完美结合，同时满足使用者在使用功能和审美要求上的双重要求，才能成为受人青睐的建筑佳品。房屋建筑的结构设计包含的内容非常广泛，其根本目标是实现功能完善、质量可靠、符合人们审美情趣的设计方案。要达到这个目标，需要持之以恒的长期学习和实践，需要汲取其它优秀设计方案的菁华，取长补短，融会贯通，不断优化设计方案，充分利用空间资源，最大程度地满足房屋使用者的实际需要。

1 建筑结构设计优化的内涵

影响一座建筑物好坏的因素非常多。一般来讲，人们对建筑物的评价来源于三个方面：外形、结构和质量。这些都和结构设计密切相关。房屋结构设计，不仅仅是整个建筑工程赖以实施的基本根据，更是一个建筑能否充分实现预定功能和目标的根本保障，是整个建筑工程的核心要素。优秀的房屋结构设计方案，应当能够在有效控制成本投入，降低施工难度的基础上，充分利用城市中的空间资源和其它资源，大幅提升建筑物的实用功能和安全质量。要取得优秀的设计方案，需要对既有设计不断进行优化改良，从而最大限度地实现使用者对房屋的功能要求、质量要求和审美需要。同时，优化后的结构设计还能够有效帮助建设者节约资金，降低建设成本。

2 实现建筑结构设计优化的一般方法

单纯从建筑角度来讲，结构设计优化主要分为房屋工程分部结构的优化设计和总体结构的优化设计两种。一所房屋的设计建造，要根据具体情况，综合考虑房屋建筑的人文要求、经济要求和周围环境要求等。合理充分利用资源，实现各种要素的和谐共存，是建筑房屋结构设计优化的基本理念。

2.1 建立结构优化的模型

实现建筑结构设计优化，首先需要建立一个数学模型，重现房屋的各项指标和影响因素间的复杂关系。可以按照以下几个步骤建立模型：

2.1.1 合理选择设计变量

设计变量通常优先选择对建筑结构影响大的参数，即和设计目标直接相关的那些内容，如损失的期望C2和结构的造价C1等，还有和限制条件相关的因素，如结构的可靠度PS等；为了减少设计量、计算量和编制程序的工作量，还可以把部分因素用预定参数来代表，这些参数通常具有影响细微、波动不明显的特点，往往通过局部调整或结构本身就能满足相关要求。

2.1.2 确定目标函数

出于建造成本的考虑，需要建立一组函数，通过这组函数可以准确描述预定条件中截面几何尺寸、钢筋的截面积和相应的失效概率之间的关系。

2.1.3 确定约束条件

房屋建筑安全可靠是房屋结构优化设计必须满足的基本条件，以此出发可以确定优化设计的约束条件。裂缝宽度、结构强度、构件的大小、结构应力、结构体系规格、可塑程度、确定程度等都是常见的约束条件。设计者要充分比较分析目标约束条件和实际约束条件，确保每个目标约束条件都有的放矢，符合实际，从而为设计优化提供根本保障。

2.2 设定计算方案

以提高安全性、耐久性和适用性为目标的建筑结构设计优化，往往具有约束条件复杂、变量众多、函数非线性的特点，为了方便分析计算，通常采用将有约束的优化问题转换成无约束的优化问题的方法求解。拉氏乘子法、复合形法、Powell 法等都是常用的优化计算方法。

2.3 程序设计

由于计算量巨大，计算过程复杂，为提高结果准确性和精度，通常利用程序来实现以提高安全性、耐久性和适用性为目标的房屋结构设计优化的计算过程。编写的综合程序要完全符合优化设计模型和计算方案，并具有功能完整、用途齐全、运转高效等特点。

2.4 结果分析

结果分析是房屋结构设计优化过程中非常重要的一步，它直接关系到优化设计方案的最终选择。程序运算的结果只是为房屋结构设计优化提供参考依据和备选方案，并非最终结果。由于上述模型函数主要体现的经济成本上的优化，在结果分析时，设计者需要把更多的因素纳入思考范畴中，在详细地比较分析基础上，选择出最佳的设计方案。前文已经提到，现代社会的建筑，不仅要满足实用功能，同时还需要满足使用者的审美需求。造价成本和工程质量不再是优化设计的唯二标准。设计者需要从安全性、耐久性、使用功能、经济效益、施工要求、美观程度，以及和周围环境的和谐统一等方面进行全方位多角度的考虑，要分析各种因素的影响，从使用者、建设方等多个角度考虑，综合各方意见进行比较。任何考虑上的偏颇和疏漏都有可能造成建筑设计上的缺陷，从而影响建筑的正常使用。必须平衡使用各种资源，才能实现结构设计的最优化。

3 结束语

房屋结构设计优化，本质上是一次综合所有影响的数据分析，对设计者的理论水平和实践经验提出了非常高的要求。房屋结构设计所需要达到的目标，绝大多数情况下不是一个单一的指标，而是一组指标的组合。这些指标往往互相影响，既是统一的，又是矛盾的，各有侧重点，又相辅相成。设计者应当综合考虑房屋的各种性能，选择最有助于实现房屋建筑综合效益的设计方案。在保障房屋安全和使用质量的前提下，设计者要用于创新，大胆实践，努力寻求更好的设计路线，应用现代化设计工具，更好地实现房屋结构设计的目标。

参考文献

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