结构设计优化方法在房屋建筑结构设计中的应用

柴平太

摘 要：在进行建筑结构的设计中，结构设计的优化是十分重要的环节，做好建筑结构设计的优化工作可以提升建筑的经济性能，降低建筑成本。 因此，在进行房屋建筑结构设计中，要将先进的设计方案和施工技术进行融合，提升设计人员的素养，增加进行结构设计的经验，对建筑结构设计中的新技术以及新材料进行把握，提升建筑结构的安全性以及耐久性。本文主要就建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的应用进行了分析，希望可以为后续的建筑结构设计优化工作提供借鉴。

关键词：结构设计；优化方法；房屋建筑

1 房屋建筑结构设计优化意义

房屋结构设计的最终目标应该是设计出造型美观、功能齐全，同时经济成本又较低的房屋建筑，同时还要考虑到对于周围环境的保护。实际上，这给房屋结构设计者的工作提出了非常高的要求，因此，房屋结构设计者在进行设计的过程中，要不断进行结构优化，利用自己本身所具备的专业知识，不断进行调整，最终实现房屋建筑的整体效益。对于建筑商来说，在房屋安全使用性能得到保障的同时，还要尽最大可能地减少成本支出才是终极目标。而对于用户来说，房屋的结构稳定，能够长期使用同时外形也要美观是最终目标。

2 建筑结构设计优化方法应用理念及主要步骤

2.1 应用理念

房屋结构设计中建筑结构优化设计方法的应用要遵循相应的优化设计理念，首先要全面的对房屋结构体系合理性进行优化设计，其次要合理规划房屋结构局部的优化设计。建筑的房屋结构较为复杂，应先从整体上把握房屋结构整体特点，在此基础上对房屋结构中的零部件选取、建筑原料选取等进行初步设计。此外，房屋结构中又包括层次较多的小模块，每一模块都需要进行系统的设计与优化，设计人员要做好各个模块的局部优化设计，确保实现房屋结构优化设计目标；房屋结构设计的任一阶段都可进行优化设计，要充分结合各个阶段的性质确定结构优化方案，以提高房屋建筑質量，提高建筑的经济效益。

2.2 主要步骤

2.2.1 制定结构优化模型

制定科学合理的结构优化模型是应用建筑结构优化设计方法的重要途径，模型的搭建要结合房屋结构工程实际情况，并根据工程要求进行模型优化，在房屋结构模型中体现房屋结构性能。将影响因素以预定式参数的形式表示出来，为具体的模型设计人员提供参考。预定式参数的应用能够使房屋结构优化模型搭建过程中的设计数量和计算数量减少，从而提高模型质量。

2.2.2 明确结构优化设计的基本目标

房屋结构设计优化行为需要在理清所有建筑环节的基础上执行。要在结构优化前期准备好满足施工设计要求的钢筋截面面积，明确房屋结构设计优化的基本目标，为控制房屋结构优化设计成本提供便利条件。

2.2.3 制定科学的约束条件

房屋结构设计的操作人员要严格遵循建筑结构优化设计标准，重视房屋结构质量，确保建筑整体质量。在进行房屋结构的优化设计时，不能随意更改原先的设计方案，要在基本约束条件的制约下执行优化设计措施。

2.2.4 科学对比设计方案

建筑结构优化设计方案的制定需要多重筛选，要将各种房屋结构优化设计方案中涉及到的参数计算出来，得出基本的计算结果并进行综合比较，按照企业、业主等各方面的要求，选择经济效益和社会效益兼具的房屋结构设计优化方案。房屋结构的优化设计方案中要体现对可能出现的结构问题的优化，并建立专项设计项目，深入研究和分析房屋结构设计中存在的不合理之处，确保按照整体结构实用和安全的要求进行房屋结构的整体优化设计。

3 建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的应用

3.1 形状优化

形状优化是指在指定的房屋结构下，根据要求调整结构外部设计，或者调整房屋内部结构部件的几何形状，以优化房屋结构设计的实用性、经济性。由于形状设计优化方法需要不断改变分析、计算模型，模型的改变势必需要重新生成有限元网格，网格的增加使原有结构设计关系网更加复杂。使用形状优化方法，在房屋结构设计中单元结构、房屋性能和设计变量之间不再是线性关系，它的敏度分析和有限元计算比尺寸优化复杂且量多，因此形状优化设计方法难度比尺寸优化大的多。

3.2 结构设计优化技术与建筑结构设计的结合

建筑物的设计通常从结构的布置开始展开，只有定了结构布置之后，才能结合相应的负荷要求来确定具体的参数、材料的要求，这些数据分析不仅要借助于计算机，还应当结合人工的测量和计算，经过大量的测量和数据分析，才能做出最科学的判断。这就要求相关的技术工作人员，要树立积极工作、认真负责的工作态度，不断提高自我的专业水平，在一定的技术的支持下，尽可能对每一个环节的数据都做到详细的记录和分析，不忽视每一个环节，精准的记录。

3.3 房屋建筑上层结构的分析

对房屋建筑的结构建设优化分析，房屋上层建筑设计的结构优化处理是主要部分。房屋建筑设计的上层墙体建设中，剪力墙的作用对平衡房屋建筑的受力作用的分析上具有影响作用。如果在实际房屋建设中，房屋建筑设计的整体优化情况改善通过增减剪力墙的长度进行调节，促进我国房屋建筑整体结构的受力平衡性提高，使房屋建筑的受力面积提高，房屋建筑的剪力墙在实际中发挥的作用性越大，房屋建筑各个受力点之间的平衡关系性越均衡，房屋建筑的整体结构优化作用性越大。

3.4 房屋结构外套框架结构的优化设计基本思路

房屋结构平面框架的优化设计是一个多次及高次超静定问题，框架荷载使用条件是不变的设计因素，因此优化设计上也就剩下梁柱杆件截面尺寸为变量，因此可以通过调整相应的截面尺寸进行优化设计。房屋基本框架中，任何一个梁柱截面积的尺寸发生改变，都会影响整个结构内力分布，然而这种影响仅仅只针对杆件附近内力影响较大的情况。在每次优化设计过程中，对于单个构建截面尺寸发生改变的情况，往往需要重新计算结构内力，这样必然会浪费大量时间。为此，在实际的操作中，就可以近似假定杆件截面尺寸的改变不会影响到框架内力的重新分布，但是需要注意的是这个假定只能够在一次优化中使用，全部杆件优化有获得新的方案就需要放弃假定，对内力进行重新分析，这样才能够逐渐获得最优的方案，之后将最优方案借助常规框架计算进行一次分析即可。

3.5 优化基础设计

在结构造价中，占据比重最大的是基础造价，其决定了整个工程造价。在设计建筑基础时，要恰当选择建筑基础类型。通常情况下，底层建筑较多应用浅埋天然基础，而高层建筑较多应用沉降控制符合基础。对于深埋独立地下室，可考虑采用补偿式基础。在进行地下室设置时，要充分比较并验证地下室的桩型、埋深、底板结构形式、顶板结构形式、抗浮水位、基坑围护以及侧墙设计等问题，同时要尽可能的降低工程造价。

4 结语

目前，我国城市建设在不断地发展，建筑工程也得到了飞速的发展，在提升建筑质量的同时，人们对建筑工程的功能性、安全性以及耐久性等要求也不断的增加，更加注重居住环境的舒适性能。因此，要做好建筑工程结构的优化设计工作，对建筑工程的经济型以及美观性进行充分的考虑，运用建筑结构的优化技术，确保建筑结构的参数准确性，做好地基基础设计，对钢筋材料的质量进行控制，注重抗震设计和概念设计，提升建筑结构的质量，同时也为后期的施工提供了相对便利的条件。

参考文献：

[1] 李君永.建筑结构设计中 BIM 技术的应用实践分析与研究[J].中国住宅设施，2017.

[2] 李贵江.建筑结构设计优化设计新方法探析[J].江西建材，2017.