房屋结构设计中建筑结构设计优化方法的应用分析

王丽娟

（上海构智建筑科技有限公司 上海 200233）

引言

在经济不断发展的推动下，人们在追求物质文明的同时，也更加重视精神感受。衣食住行，早已不仅仅只是为了满足人们生活的基本需求，而是有了越来越高的要求。对于住房来说，人们对其的要求不仅仅只是满足居住，对于建筑的安全、舒适、美观等都有更高的要求，而且对于建筑的经济性、节能性也给予了高度重视。这就要求我们在实施房屋设计的过程中，不仅要满足基本结构所需，而且要通过科学的设计，不断的优化，全面提升建筑物的美观舒适、经济适用、节能环保等性能。

1 建筑结构设计优化概述

在房屋结构设计过程中，建筑结构设计是其中的重要组成部分。建筑结构设计优化，就是根据相关理论和经验，对结构设计展开完善和再规划，从而使建筑结构整体具有更好的性能、更低的成本。随着人们对于房屋的要求越来越高，在设计过程中展开结构设计优化已经得到了行业和社会的高度重视。然而，建筑结构设计优化是一项十分复杂的任务。对结构的优化，必然导致更多的问题，比如设计成本的增加、建筑成本的改变、建筑材料的革新、建筑工艺的改进等等。因此，这就更需要设计人员采用科学、谨慎地态度，切实有效做好优化工作。

就房屋结构设计优化的内容来说，主要包括以下两部分：①对房屋建筑结构的整体优化；②对房屋建筑结构的局部优化，包括对主体、房顶、基础等结构展开的优化[1]。

2 建筑结构设计优化的意义

2.1 降低建筑工程成本

通过建筑结构设计优化，能够有效降低建筑工程的整体成本。当前，随着社会的不断发展，高层建筑的数量也与来越多，与常规多层建筑相比，高层建筑最大的优势在于占地面积小，空间体积大，从而使得用地成本大幅下降。然而，建筑物高度越高，也会有较大概率出现楼层不协调状况。在这种情况下，土地节约量有可能无法满足建筑高度增加带来的负面影响。所以，在结构设计的过程中，决不能单独考虑建筑高度和建筑楼层，必须将其放在建筑整体环境和整体成本范畴内展开综合评估。

2.2 提升建筑整体性能

对于建筑物来说，楼层的增加必然会导致建筑整体框架以及承重柱的承载能力发生变化，由此给建筑整体带来诸多影响，比如墙体面积必然需要增加，梁柱体积可能因此而加大，结构自重也会随之升高，建筑内部的各种管线配置同样受到很大的影响。另外，由于楼层的增加，建筑高度也会随之增加，就使得墙面范围也会随之发生变化，这样，圆形建筑、方形建筑更多会被采用，从而尽量缩小外墙周长，减少房屋室内外装修面积，而且也能够一定程度上提升建筑的整体受力，在确保建筑安全稳定的前提下，最大化的提升建筑整体性能。

3 建筑结构设计优化的原则

（1）安全性原则。建筑结构优化，必须高度重视安全性原则，在全面保障建筑安全的前提下，展开科学优化，完善结构的设计。决不能简单的为了追求节约而忽视安全的重要性。

（2）适用性原则。实用性原则也是建筑结构优化的重要原则，通过科学的优化，让建筑物具备基础功能的同时，具备更多功能，从而满足人们的生活需求，也让建筑物具备更大的价值。

（3）环保性原则。随着人们对于节能环保的重视程度越来越高，环保性也成为结构优化的重要目标。通过科学的优化，减少建筑对于环境的破坏和能量的消耗。比如，在建造过程中尽量多使用绿色材料，结构设计中尽量多利用日光、通风等自然条件，使建筑具备较好的冬季保暖，夏季通风性能。

（4）可靠性原则。在建筑结构设计优化的过程中，决不能忽视建筑质量的要求，一味追求成本降低、功能多样、外观美丽等等。必须以保证建筑质量为基础，对建筑设计展开优化，从而实现建筑的性能提升和成本的降低。

由此我们可以看出，建筑结构优化，保证建筑结构的安全、可靠和科学是基础。就建筑机构优化的过程来看：①应当根据建筑工程的实际状况以及建筑的需求，建立结构优化所需要的优化模型，并以此为基础找到合理的变量和参数；有效的优化模型，是实现建筑结构优化的保障；②要设定合理的优化目标函数，优化目标既能够作为建筑整体性能的考虑，也是机构优化的重要约束，优化目标函数是实现建筑结构优化的基础[2]。

4 建筑结构设计优化方法的应用

4.1 整体与局部优化

建筑结构设计优化，是一项十分复杂的系统性工作。在结构设计优化的过程中：①在设计时，就必须从系统工程的思维，对建筑工程的各个子系统展开统筹规划；从而保证在优化设计的时候，能够全面保障各子系统的目标、功能和联系；②由于对建筑结构设计实施优化，必然会对建筑的材料、结构、配件等产生影响，这就使得设计优化必须建立在整体优化的前提下。

建筑结构优化设计，主要包括了对计算模型和计算方案的优化两方面构成的。建筑结构优化设计，实质上就是针对建筑设计中的重要变量设定参数，以此为基础确立函数模型，从而对模型展开优化。具体来说，模型建立包括变量选择和目标函数确定两部分。设计变量选择是优化的核心，变量的选择决定了参数的设定，也决定了优化作业的难易程度。目标函数的确定需要建立在找到最优解的基础上；然后确定目标函数的约束条件，包括建筑的应力、尺寸、弹性、塑形和强度等等，建筑结构的优化必须保证在约束许可范围内展开。

4.2 建筑主体结构的优化

建筑主体结构的优化，是核心内容就是运用模型，确保系统科学合理的前提下，对机构剪力墙的设计展开优化。主要内容包括以下三点：①对剪力墙的数量展开科学计算；②建立建筑剪力墙统一的质量管控标准，从而满足整体结构的重心要求，最大程度避免建筑受到地震等灾害的损伤；③确保建筑质量符合工程要求的前提下，尽量使控制墙的数量最少[3]。

4.3 概念设计结合细部结构设计优化

所谓概念设计，就是在没有具体量化数据的前提下，展开优化设计，比如，对于建筑抗震防裂度的设计，在缺乏有效的量化标准的情况下，就必须应用概念设计。这就要求设计人员在优化设计的过程中，基于建筑的实际状况，灵活掌握设计方法。比如，就建筑的防震需求，可根据建筑的不同采用不同的抗震措施，通过不同的方法，实现相同的抗震性能优化的目的。

4.4 协调性设计

结构设计的优化，要高度重视建筑结构协调性，使建筑与平面的关系得到进一步加强，通过结构设计得到进一步强化。在结构设计过程中，通过对建筑内部各组件的合理配置，确保各组件功能得到最大化体现；对于建筑空间和深度，要从整体的角度使系统具备最优性，从而为整体性能提供最大化保护。

4.5 分析计算结果，选择优化方案

对结果的分析，是结构设计优化的重要内容，对于优化的效果具有至关重要的作用。首先，对计算所得的数据展开全面分析，获取数据体现的信息，然后以此为基础，制定优化设计方案。同时，在结构设计优化过程中，要从多角度、全方面给予考虑，特别对各种阻碍性因素，要给予全面控制，从而为结构设计优化的实施打下坚实的基础。对于建筑工程来说，需要考虑成本、工艺、材料、工期等众多因素，结构优化就是要保证建筑指标的同时，实现投入性指标尽可能最小化，产出性指标尽可能最大化。所以，在建筑结构优化过程中，要科学对待技术和经济之间的关系，找到科学的平衡点。

5 小结

综上所述，建筑结构设计优化对于房屋结构设计有重要意义，在实际工作中，要高度重视建筑结构优化方法的具体应用。通过科学合理的优化措施，全面保证房屋建筑的质量，控制建筑的成本，为人们提供更加安全、可靠、舒适的住房。

[1]丁可.建筑结构设计中概念设计与结构措施的应用探析[J].工程技术研究，2016（6）：129.

[2]郭睿.建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的应用[J].住宅与房地产，2017（3）：93.

[3]范国兴.建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的应用研究[J].鸡西大学学报，2014（8）：23～25.