关于建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的应用探究

李小龙

摘要：随着经济的发展及生活水平的提高，人们对房屋建筑设计提出了更高的要求，在房屋建筑设计中，不仅要考虑房屋建筑的安全性和可靠性，也需要充分考虑房屋建筑的美观性和经济性，因此，将建筑结构设计优化方法应用在房屋结构设计中，从而实现房屋建筑的经济效益最大化。

关键词：房屋建筑；优化方法；房屋结构设计；应用；经济性；美观性

中图分类号：TU3 文献标识码：A

面对当前市场竞争的日益激烈，为了使建筑企业在市场中具有竞争优势，在房屋结构设计中，做好房屋建筑的初始工作，房屋结构设计质量的好坏直接决定了房屋建筑的性能和质量，因此，为了充分体现房屋结构设计的美观性、经济性、适用性和安全性，将建筑结构设计优化方法应用在房屋结构设计中，从而满足当前市场经济的发展需求。

一、建筑结构设计优化方法概述

对于建筑结构设计优化方法，其不仅可以满足房屋结构设计的美观性和经济性，也可以满足房屋结构设计的安全性、适用性和施工方便性，其主要体现在基础结构方案的优化设计围护结构方案优化设计等房屋工程部分结构的优化设计方面和房屋工程结构总体的优化设计量方面[1]，第一，在房屋工程分部结构的优化设计方面，不仅制定最优的结构设计方案，也需要明确房屋结构设计的规划目标，注重房屋荷载能力、应力集中和刚度的控制，减少房屋建筑的施工成本，从而实现房屋建筑经济利益最大化；第三，在房屋工程结构总体的优化设计方面，其主要体现在结构优化设计模型和结构优化设计计算方案方面，其中，结构设计优化模型是指对变量中的函数模型进行优化，在函数模型优化过程中，选择合理的设计变量，区分变量中的重要参数，确定设计变量中的目标函数，从而找出既定条件下的最优函数。对于结构优化计算方案，由于房屋建筑结构设计中的变化因素、限制因素较多，房屋建筑结构设计具有一定的特殊性，因此，在房屋建筑结构计算中，充分利用复合形法和拉式乘子法将限制因素转化为无限制因素，优化计算方案，并利用电脑对房屋结构设计的运算方法进行编程，从而得出最优的计算方案，

二、房屋建筑结构设计优化方法的重要意义

房屋建筑结构设计优化技术具有重要的现实意义，随着房屋建筑建设成本越来越高，加强房屋建筑结果设计显得尤为重要，其不仅可以实现经济利益最大化，也可以增强房屋建筑的美观性、经济性、安全性、适用性和施工方便性等，因此，对于大多数建筑企业来说，降低房屋建筑的建设成本，实现经济效益的最大化是当前房屋建筑商的主要目标，而对房屋建筑结构设计进行优化可以实现经济利益最大化的目标，与传统的房屋建筑结构设计相比，结构设计优化可以实现房屋建筑内部结构之间的相互协调性，也可以减少建筑材料的成本，同时也可以达到房屋建筑结构规范所规定的安全度，据资料表明，在房屋结构设计中应用建筑结构设计优化方法，其可以使建筑工程造价降低7%~34%，因此，建筑结构优化技术对房屋结构设计具有重要意义，其是实现房屋建筑经济性、适用性、安全性、美观性、施工方便性的有效途径。

三、房屋建筑结构设计中应用结构设计优化方法研究

（一）房屋结构设计优化步骤，对于建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的应用，第一，建立房间建筑结果优化模型，首先应对设计变量进行合理选择，将房屋结构造价、约束控制相关参数等目标控制相关参数作为房屋建筑的设计变量，虽然房屋建筑的设计变量较多，但目标控制相关参数是最主要的，因此，在结构设计优化中，首先应确定目标函数，注重在预定条件下钢筋截面的面积、钢筋失效概率函数、截面几何尺寸等参数的确定，采用预定参数的方式来优化函数模型，从而减少设计人员的工作量，以保证房屋建筑工程造价降到最低；其次，确定约束条件下的相关参数，在房屋建筑结构设计优化中，注重房屋结构可靠度的优化是非常重要的，通常房屋结构设计优化的约束条件主要包括建筑裂缝、应力集中、结构刚度等，针对约束条件的确定，应从两个方面进行分析：一方面，从可靠指标到确定性的约束条件；另一方面，从正常使用极限状态下的弹性约束到最终极限状态的弹塑性约束条件，通过分析比较目标条件、实际约束条件之间差距，以保证房屋结构设计中的约束条件都满足规范标准要求，从而实现最佳的房屋结构设计。

第二，房屋建筑结构优化设计的计算方案，以房屋建筑结构设计的可靠度为基础，在分析计算过程中，充分考虑房屋建筑结构设计多约束、非线性优化等问题，将多约束的优化问题转换成无约束优化问题，采用复合形法和Powell法来进行优化问题的求解[1]，同时也可以采用拉式乘子法来进行求解，这些常用的优化设计的计算方法可以将复杂的多变量转化为简单的设计变量，从而实现优化求解过程，因此，在优化设计计算方案中，设计人员可以合理采用拉式乘子法、Powell法和复合形法来进行求解。

第三，结果分析，当房屋结构优化模型和优化设计计算方案确定完成后，则需要进行程序的相关设计，在电脑上编写关于房屋结构设计的应用程序，从而选择最佳的设计方案，在房屋结构设计方案选择中，应根据房屋结构的经济性、美观性、成本高低等来选择设计方案，同时也应注重经济成本与技术条件的优化，从而满足房屋结构设计的相关要求。

（二）建筑结构优化设计在房屋结构设计中的实践应用，在结构设计优化技术的实践应用中，第一，应注重结构优化设计的前期参与，尤其是工程造价的优化设计，以经济利益最大化为目标，从而选择最佳的房屋结构设计方案；第二，采用概念设计优化技术，尤其是房屋系部结构设计优化，在结构设计中，应充分考虑防震、裂缝等问题的发生，在防震设计中[2]，采用概念法对不确定数值进行优化设计，确定防震的参数大小，对于浇筑混凝土异形的板料，尤其是房屋建筑的拐弯处，其容易发生混凝土开裂现象，在设计过程中，设计人员可以选择矩形板的方式来进行设计，并注重钢筋材料的选择，使房屋结构设计优化达到最佳效果。对于房屋下部地基基础结构的设计优化，地基的设计质量好坏直接决定了房屋建筑质量，因此，在地基基础结构优化设计中，应根据房屋建筑施工现场的地质条件来选择桩基类型，为了减少房屋建筑的工程造价，分析比较多种房屋结构设计方案，选择最优的房屋结构设计方案，以保证地基基础结构设计质量到位，从而确保整个房屋建筑结构质量。

结束语：

房屋结构设计质量的好坏是确保房屋建筑质量的关键，同时也是降低工程造价的有效途径，因此，为了实现房屋建筑经济利益最大化，注重房屋结构设计，将建筑结构设计优化方法应用在房屋结构设计中，建立房屋建筑结构设计优化模型、设定优化设计的计算方案，并采用概念设计的方法对房屋建筑结构的设计进行优化，尤其是房屋系部结构设计优化和下部地基基础结构的设计优化，选择最佳的设计方案，以保证房屋建筑质量，从而为人们提供安全、舒适的居住环境。

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

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[2]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

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[3]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

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[4]孙有果. 结构设计优化技术在房屋结构设计中的具体应用探讨[J]. 科技致

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[5]陈述康. 结构设计优化技术在房屋结构设计中的具体应用[J]. 江西建

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