建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的应用

胡浩

（荆门市规划勘测设计研究院 湖北荆门 448000）

建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的应用

胡浩

（荆门市规划勘测设计研究院 湖北荆门 448000）

在当今社会当中，不仅要求建筑具有必要的使用价值，同时对于其美观方面也有新的要求。对房屋结构设计时我们必须要考虑实用、经济、美观、便于施工以及安全五个基本问题，这也就要求对建筑结构设计必须进行相应的优化，尽量使得房屋结构合理、可靠、安全，合理利用空间资源。本文首先阐述了建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中应用的重要性以及优化的步骤，并对房屋结构设计中建筑结构设计优化方法的应用进行详细的论述。

建筑；优化设计；房屋结构

引言

随着经济的快速发展以及社会的不断进步，建筑市场的竞争也在不断增强，在激烈的竞争中为了确保企业能够占有一席之地，为业主建设出外观良好、性能安全的房屋建筑，对施工方法及设计相关施工企业应进行深入研究。由于房屋建筑商品的总体投入中，其结构的资金投入占取的比例相对较大，利用对结构设计的不断优化，不但可以减少项目资金投入，同时还可以保证房屋建筑的质量安全。

1 建筑结构优化方法在房屋结构设计中应用的重要性

就当前我国国情及发展趋势来看，高层或超高层住房将是房屋建筑的主要趋势，那么保证结构设计符合时代需求，减少资金投入就成为建筑企业及投资人员越来越重视的事情。要对房屋的结构进行优化，在确保建筑质量安全的前提下施工人员应细致分析设计方案，应用先进的设计技术及观念，从而控制工程造价。通过对建筑的结构进行设计优化，同以往的结构设计相比更具优势，还能够使得机械设备及建材的性能全面发挥。对建筑的结构进行设计优化能够为企业赢取更高的收益，降低工程造价的资金投入。除此之外，还能够有机整合房屋结构中的各个单元，保证人们的居住安全，提高建筑的质量。为此对房屋的结构进行设计优化是保证民用房屋适用性更强、经济性更好的重要方法之一。

2 建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中应用的步骤介绍

2.1 建立结构优化的模型

2.1.1 合理选择设计变量

选择设计变量时，我们通常将设计变量选取为对建筑结构影响的主要参数。比如说约束控制相关参数和目标控制的相关参数等。

2.1.2 确定目标函数

在对结构设计优化时，还必须要找到一组能够与预定条件钢筋的截面积、截面相应的几何尺寸以及相应失效的概率函数相满足函数，使得工程造价最少。

2.1.3 确定约束条件

对于房屋结构设计优化来讲，结构的可靠度必须要有充足的保证，确定相应优化设计相关的约束条件，其中它主要包括应力约束、尺寸约束、裂缝宽度约束、结构体系约束、结构强度约束、构件单元约束以及从可靠指标到确定性约束条件等约束条件。在结构设计时，比较与分析实际的约束条件与目标约束条件，然后使得每个约束条件都能够得到相关要求与满足，以实现最佳的设计。

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2.2 设定优化设计的计算方案

房屋结构的优化设计依据可靠度具有复杂的多变量、多约束以及非线性的优化问题，在进行计算以及分析过程当中，通常都会把有约束的优化问题转换成无约束优化问题以后在进行求解。较为常使用的优化设计的计算方法有Powell法、复合形法、拉氏乘子法等。

2.3 设计相关的程序

房屋结构的优化设计所使用的计算方法以及优化设计的基本模型依据可靠度进行，可以编写一个功能齐全以及运算速度快的综合应用程序。

2.4 结果分析

对相应的计算结果，我们必须进行必要的比较分析，从而能够选出一个最佳的设计方案。在这个过程中，我们要对问题进行多角度的考虑，考虑问题必须全面。这一过程在建筑结构设计优化中非常的重要，选择合理的设计方案，不仅能够确保结构的实用性、合理性、安全性以及美观，还能够直接的影响着施工中资金的投入。在结构设计优化中忽略技术上的相关要求，只强调经济上的节约是不正确的；同样不考虑经济的要求，只考虑技术上的要求，而也是不合理的。我们必须将这两方面进行有效的结合，从而达到有关的要求。

3 建筑结构设计优化方法在房屋建筑领域的具体应用

在设计上，建筑都具备着相应的复杂性和层次性的特点。从层次性角度讲，包含着建筑的安装体系、结构相关体系、整体设计体系等，这些体系又含有较多的下属体系。设计者在设计房屋时，要优化每一个下属系统，实现叠加型工程，冲破关联的横向性；从复杂性来讲，主要包含选取建筑的零部件、选取建筑的材料等。为此在优化结构时要从整体入手，这样就能够使得整体的设计优化得以实现。

3.2 建筑阶段性优化与寿命优化

在工程的使用年限范围内，应该优化每一阶段都要进行相应的方案。设计者要考察房屋各个阶段的特点，依据实际的具体情况进行结构优化方法的确定，这样不仅仅能够对工程的整体寿命进行科学的优化，同时也能够使得建筑企业的经济效益得到提高、建筑质量得到有效的保障。

3.3 桩基础的优化

桩基础通常分为预制桩以及灌注桩。在进行整体施工的时候，很难控制灌注桩的质量，而且它的操作时间相对较长，技巧复杂。为此在沉降符合相关标准的前提之下，要添加预制桩的施工，从而就能够使得相应的工序得到减少。并且随着桩基的不断深入，土壤自身对于桩基的摩擦也在不断的增加，这就要求选取较长的预制桩。

3.4 建筑主体上部结构的优化

在进行房屋建筑上部结构设计的时候，应该建立相应科学合理的模型，并且还要优化系统，其第一步就是要进行剪力墙的合理设置，保证剪力墙具有均匀的整体质量，这样能将楼层整体的结构重心与楼层中平面刚度的中心点重合，从而减少风力或者地震等对其的破坏性。在建设房屋时，对剪力墙要尽可能地进行大开间的构造，加长剪力墙的墙肢长度，这样在符合标准的基础上能减少墙肢的数量。

3.5 建筑优化与结构优化保持协调

在进行结构设计时要使得建筑的整体平面与整体结构紧密配合有足够的保证，这样能够使得建筑本身的结构与美观的相应合理性效果得以实现。对于建筑系统而言，支柱与墙体不能有错位的现象、要保证简洁、截面要与高度的面积相通。在设计楼体时，受力较多的转角区域，承重材料要选择高强建材，从而能够更好地降低自重。

3.6 排水系统优化与结构优化保持协调

在建筑房屋中排水系统有着很多的机械设备，对于荷载强度、荷载能力较大，为此要将其设置在地下室，同时保证预留深度与管道的预留尺寸要符合相应标准，加固楼板本身的钻孔位置。除此之外，要尽可能降低水平方向的管线贯穿柱或梁的情况发生。

3.7 电气优化与结构优化保持协调

电气管线是以导线的形式在楼板、墙体或者金属管体的外部进行安装的，这样有可能会导致预制的结构施工出现困难，为此在梁体上要提前预留相应的孔洞，使管线穿过梁体，并且要保证梁体和相应墙体的宽度保持一致。在整个房屋的建筑方面，电梯部分会有较多的空洞，建筑构件埋下较多，这时设计者对于电梯部分的建筑应该进行单独计算与分析，保证设计的安全性与合理性。

4 结束语

综上所述，通过对建筑的结构进行设计优化，既可以对工程资金投入进行控制，同时还可以保证建筑自身的功能。除此之外，开发商及建筑企业不应过于对结构设计优化的经济效益给与关注，利用削弱技术性能、降低质量标准、缩减建材等方法来追求利益，并且也不可以忽视经济效益而一味的关注技术。对房屋结构的设计优化所要达到的最终目的就是增加企业收益、提高建筑的质量、保证建筑的功能、提升环保性能。为此，设计人员应紧跟时代步伐，不断提高自身水平，勇于开拓创新，为人民的生活及居住提供安全保障。

[1]陈俊.浅谈结构设计优化设计技术与其在房屋结构设计中的应用[J].科技致富向导，2013，02：172.

[2]辛海虹.结构设计优化技术与其在房屋结构设计中的应用[J].价值工程，2010，27：121.

[3]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].江西建材，2013，05：49+53.

TU318

A

1673-0038（2015）35-0015-02

2015-8-15

胡浩（1979-），男，工程师，大学本科，主要从事建筑结构设计及管理工作。