试述建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的应用

丁博（九源（北京）国际建筑顾问有限公司　宁夏银川　750001）

试述建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的应用

丁博
（九源（北京）国际建筑顾问有限公司宁夏银川750001）

建筑结构设计是工程建设的重要组成部分，不仅影响着建筑的使用功能，更在很大程度上决定着建筑物的美观性。随着社会的不断进步和发展，人们已经不再仅仅满足于基本功能的需要，更多的开始注重舒适、安全、美观等多项要素。为了满足社会需要，促进我国建筑行业的发展，我们就要对建筑结构的设计方法进行分析，通过建筑结构设计优化方法来提升我国建筑结构的设计水平。本文就将主要以建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的应用为立足点，对其进行简要的介绍和分析。

结构设计优化方法；房屋结构设计；应用

近年来在经济发展的带动下，建筑行业也散发出了勃勃生机，国内建筑市场的竞争力逐渐增强。在激烈的市场竞争下，为了能够占得先机，获得良好的口碑，满足业主的需要，很多企业纷纷开始加大对建筑结构的分析和研究。这是由于在房屋建筑的建设过程中，结构所耗费的资金所占比重较高，通过对结构设计的优化不仅能够确保房屋工程的质量安全，更能减少资金投入，提升企业的经济效益。而建筑结构设计优化不仅具有较强的经济性，更能满足建筑物的美观需求，确保房屋建设的安全、合理、美观。

1　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，设计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10～20%，在经过结构设计优化方法的处理后，能够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。

2　结构优化设计在建筑结构设计中的步骤

2.1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：①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；②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。

2.2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。

2.3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。

2.4结果分析

结果分析是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，在进行建筑结构设计的时候，通常要注意以下几个问题：①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，不必花费更多的资金。②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，要大力应用技术手段。

3　结构优化设计方法在房屋结构设计中的应用

3.1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。

3.2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。

3.3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，一般来说要想对剪力墙结构的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，以此来削弱地震和风力等外力的扭转影响。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。

3.4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。在进行楼梯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，如果不是承重的构件则可以选择质量较轻的建材。

4　结束语

结构设计是建筑最重要的组成部分之一，建筑结构设计的好坏往往会影响到建筑的整体建设质量，决定着其功能性的发挥，为此在进行建筑结构的设计时一定要保证设计水准，对建筑结构进行不断优化和完善。另外，随着时代的发展，建筑的数量和规模将会发生很大改变，结构的设计优化方法也将得到相应完善。为此，相关的设计人员应当在结构设计优化的过程中做到与时俱进，不断增加自己的知识面，坚持理论与实际相结合的原则，不断提高自己的水平，这样才能促进建筑结构设计的健康发展，如果设计人员能够加强建筑结构设计水平，完善优化手段和方法，那么我国的建筑业就能蓬勃发展，我国建筑结构的设计水平也将得到加大提升。

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TU318

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1673-0038（2015）51-0065-02

2015-12-8