建筑结构优化设计方法在房屋结构设计中的应用

薛飞

（广州市弘基市政建筑设计院有限公司大同分公司，山西大同 037000）

对房屋建筑结构进行优化设计是保证房屋建筑工程质量的重要前提。众所周知，房屋建造者的最终目的是用最经济的建设成本建造安全可靠的房屋建筑，以期达到经济效益最大化。使房屋建筑企业节约建设成本的有效方法可以通过对房屋建筑结构优化设计实现，对房屋建筑结构进行合理设计然后通过后期施工企业建设，达到房屋建筑更加安全和经济适用的目的。以常见的居民住宅为例，对这类房屋建筑进行结构设计时，必须从房屋建筑的结构布局和房屋的实际使用功能进行综合考虑，这是对房屋结构实施优化设计的先决条件，与此同时，也对房屋建筑结构实施设计的相关人员提出更严格的要求，要求设计人员不仅要详细了解建筑的整体布局和实际功能，还要依据专业的技能设计出更加实用合理的房屋建筑，保证房屋建筑的质量安全和建造企业的经济效益。

1 对房屋建筑结构实施优化设计的重要意义

我国城乡建设形势一片大好，而底层以下房屋被高层建筑逐渐代替是城乡建设发展的必然方向。因此，如何在降低建筑成本的基础上保障人们对住房的多面需求成了房屋建造者和相关企业密切关注的问题。房屋结构实施优化设计，需要设计人员在保证房屋质量的基础上对建筑结构进行合理优化。具体表现为：设计人员要对即将建造的房屋结构做详细了解然后进行专业分析研究，同时结合当下先进的设计观点并依托科学技术，进而有效控制房屋建筑的投资成本。有关资料表明，房屋结构优化设计的投资成本比没有优化的结构成本低很多。但实际情况是，在房屋建筑真正施工时，根本无法做到建筑结构的充分优化，究其原因，一方面是由于部分施工企业为尽早完成建筑工期，只求速度不求质量，使房屋结构设计无法做到真正优化；另一方面，由于设计人员专业知识的欠缺以及经验不足而导致设计出来的作品达不到充分优化的效果；另外，还有部分设计人员在设计中过于重视房屋建筑的某一方面，忽视了对房屋建筑的整体布局，导致在实际施工中增加建筑企业不必要的投资成本。从以上方面可以得出，设计人员在实施结构设计时，不仅需要优化房屋建筑的结构设计，还需要全面考虑相关企业的经济利益，进而保证设计人员低投入高质量的结构设计方案以及房屋建筑企业经济效益最大化。

与传统的结构设计相比，对房屋建筑的结构设计实施优化具有更大优势，不仅可以使器械设备得到更有效的发挥，还有力保证了建筑材料的安全性。对建筑结构进行优化设计，同时还能有效缩减房屋建筑企业的成本投资，使企业利益实现经济效益最大化。另外，优化房屋结构设计能帮助建筑企业在施工过程细化房屋结构的每一环节，使它们紧密连接进而保证房屋建筑的整体质量，保障房屋用户的安全使用。通过以上可以得知，对房屋建筑结构进行优化设计是保证居民用房经济、适用、安全的重要条件。

2 对房屋建筑结构实施优化设计的详细措施

2.1 实施房屋结构优化设计的规则

对房屋建筑结构实施优化设计的具体措施为：①合理选择设计参数。通常情况下，在房屋建筑结构优化设计中如何选择参数是结构设计的关键，比如，设计人员需要预算房屋结构设计成本、估算损失范围的目标可控参数、房屋结构的安全控制参数等，另外，把能轻易达到建筑结构要求的设计参数或设计过程中变化范围较小的部分设为预定参数，以上方式不仅能帮助设计人员有效减少反复设计、重复计算的时间，还帮助设计人员节省了大量设计程序的工作时间；②对目标函数进行确定。为了保证房屋建筑成本的最优化，设计人员应选择能满足预期目标的参数。比如，在进行结构设计时，设计人员可以先确定房屋建筑横截面的长短以及建筑钢筋的实际面积等；③明确设计范围条件。要保证房屋建筑结构的更加稳固，首选需确定房屋建筑结构设计的范围，比如房屋结构大小范围、建筑受力范围、房屋结构变形范围、结构强度范围、结构间缝隙范围、房屋局部条件范围、结构体系范围、常态使用房屋的弹性范围、房屋极限条件下的使用范围、房屋安全使用标准范围等。实际设计中，对房屋建筑结构优化设计时设计人员要对比实际勘测条件以及预期目标条件，使设计更加科学合理，制定最优的设计方案，进而保证建筑企业的经济效益和房屋质量。

2.2 对房屋建筑结构实施优化设计的计算方式及相关程序

对房屋建筑结构实施优化设计的同时还要保证房屋质量的安全，这无疑增加了设计人员的工作难度，主要是由于在房屋实际建造中，面临不可预测的许多问题和限制条件。在进行房屋结构设计时，设计人员可以依据实际环境合理采用复合法或者拉格朗日乘子法等对房屋建筑结构进行优化计算，保证房屋建筑结构设计的合理性。在设计中，设计人员在进行优化设计时应以房屋质量安全为基础并结合相应的计算公式，编写合理的设计程序，保证设计的全面性和计算的效率性。

2.3 分析房屋建筑结构设计结果

设计人员需对结构设计的多种结果进行认真研究，选择科学适宜的设计方案。由于建筑投资涉及项目范围广泛，其中会牵涉大大小小的建筑问题，设计人员在进行优化设计时，要以建筑安全和企业利益为根本出发点进行全面分析，合理协调企业经济利益和建筑成本的关系，不能顾此失彼，重视了成本投资而忽视了优化设计的真正意义，对房屋建筑结构进行设计时既做到建筑功能实用，又能保证建筑企业经济效益最大化。

3 房屋建筑结构优化设计的实际应用

3.1 整体优化和局部优化

建筑工程都具备复杂和条理这两大显著特征。从条理方面看，主要包括房屋建筑的设计、结构和安装设计等几大系统，同时每个系统还会细化更多的小系统。对房屋建筑结构优化设计中，设计人员需要先优化设计小系统，逐一向上，达到优化设计的合理性，进而保证房屋建筑整体设计的条理性。从复杂方面说，结构设计时，设计人员需要综合考虑原材料的采购、房屋结构的类型以及建筑部件的选取等，因此，设计人员要实现建筑结构的优化性必须从房屋建造的全局出发，并且从局部优化开始直至达到房屋建筑结构整体优化的目的。

3.2 对房屋建筑结构实施分段优化

每个房屋建筑都有各自的使用期限，不同使用阶段会有不同的设计方案，换言之，不同阶段的建筑结构需要进行不同的优化设计。因此，设计人员需针对房屋建筑结构的不同阶段制定符合实际的优化设计，延长房屋建筑的使用年限，进而保证房屋建筑质量，实现建筑企业经济利益最大化。

3.3 对房屋结构和电气进行合理优化

在房屋建筑结构中，金属管外部暴露电气管线或以导线形式出现在建筑墙体或楼板中，会大大提高实际施工的困难程度。基于此，设计人员应提前对房屋结构和电气布置进行合理设计，比如，在梁预制时，通过建筑梁牵引管线并提前设定孔洞，前提是要在梁宽和墙体厚度一致的情况下进行。如果在实际施工中不慎发生偏差，要使梁的侧平面与墙体一侧的平面保持一致，以防管线外漏发生漏电危险。现在的电梯房建筑都会预留很多孔洞以便埋置需要的构件，在对这类建筑进行结构设计时，设计人员需要单独预算房屋建筑强度，使房屋结构的整体设计更加科学合理，进而保证房屋建筑工程质量的安全。

3.4 对房屋结构和排水管线进行合理优化

通常在房屋建筑设计中会把水泵房设置到地下室中，原因是因为房屋建筑中许多器械设施都在排水房间内，它需要承载比一般房屋较大的强度。由于排水房间的管道规格不同且数量繁多，这就要求设计人员在进行结构设计时必须保证预埋管道高度和预留孔径长短完全符合，同时在设计中还要额外加固建筑楼板打孔的地方确保建筑质量的安全性。另外，设计人员对房屋结构进行设计时，要竭力保持横穿的管线柱处于低水平状态。如果管线需要穿过房屋的承载墙，必须进行再加固和后期维护事宜。同时需要注意的是，对房屋建筑进行结构设计时尽量避免管道绕柱绕梁，以免出现房屋结构和建筑管线配置不合理的现象，进而威胁房屋建筑的质量安全。

在房屋结构进行优化设计中，对建筑内电气和排水管线实施优化配置的目的都是为了保证房屋建筑的质量安全，同时优化配置也为建筑企业降低投资成本，帮助企业实现更好的经济效益。

综上所述，在我国经济飞速发展的背景下，建筑行业生存越发艰难。房屋建筑企业要在激烈的市场竞争中保持长久发展，就必须利用自身优势发挥拼搏创新的精神，团队之间紧密协作，通过不断的优化房屋结构设计，为房屋用户打造优质的安全性价比高的建筑作品。众所周知，房屋建筑的所有投资中，结构成本投资的比例较大，对房屋结构进行优化设计，不仅保证了建筑质量的安全，还有效降低了建筑结构的成本投资，进而有利缩减整个建筑施工的投资金额，实现建筑企业的经济利益最大化。因此，设计人员对房屋建筑结构设计时，从建筑预案源头开始，对房屋建筑的整体结构实施全面合理的预算，秉承认真负责的工作态度，把握经济实用、科学合理的设计理念，结合自身的技术知识，从建筑企业的经济利益出发，以房屋建筑的质量安全为中心，设计保质保量的建筑方案，进而帮助建筑企业实现低投入高回报的经济目标。