结构设计优化技术在房屋结构设计中的应用探讨

陈卫军

摘要：随着中国已经进人全面建设小康社会，成为加快推进整个社会经济迅速发展的阶段，人民的生活水平质量将会不断地提升，居住水平将上台阶，适当提高人民居住生活的新需求，本文根据作者自己多年的实践经验作了探讨。在最后从三个方面详细分析房屋结构设计优化技术的具体策略，希望本文对于我国相关人士有参考或借鉴的意义。

关键词：结构设计；优化技术；房屋设计；探讨应用

Abstract: with the China has in the comprehensive construction well-off society, be speeding up the whole social economic rapid development stage, people's standard of living quality will continue to ascend, living level will up the steps, improve the people's living life appropriate new demand, according to the practical experience for many years in the authors discussed in this paper. In the final analysis from three aspects detailed design optimization of building structure technology specific strategies, we hope that this paper for our country related parties or the significance of reference.

Keywords: structure design; Optimization technology; Housing design; Discusses application

中图分类号：TB482.2文献标识码：A 文章编号：

结构设计是个系统、全面的工作。作为结构设计人员，需要扎实的理论知识功底，灵活创新的思维和严肃认真负责的工作态度。加深对当前房屋建筑结构设计中常见问题的认识与研究，以不断提高自身的结构设计水平，使設计的作品比现阶段的其它建筑具有更高的水准、更合理和更经济的结构形式。随着经济快速发展，结构设计在当今房屋建筑工程中，是一项责任繁重、具有影响力的项目，房屋设计的优化性比较重要，其设计的水平直接影响着建筑物的经济性、适用性和安全性。

1、房屋优化设计的主要内容

通常房屋结构的设计主要是利用适宜的方法和设计理念来满足房屋建筑设计的需求，比如确定合理的布置、结构形势、构件尺寸等。尤其是优化设计基本的钢筋混凝土房屋结构体系，往往自整体布局与具体构件两个角度进行分析、考虑。影响整体布局的关键因素是建筑

物的柱网尺寸、层高、体型、抗侧力构件位置等。具体构件主要是指结构构件的几面、布局、

钢筋及混凝土的配筋构造、强度等级。对于这两大方面的因素，需要有专业的工程设计人员，

熟知构件设计规范并具有丰富设计经验，而且善于分析与把握构件受力特性及结构，进而选

取最相适宜的方法展开优化设计工作。

2、房屋优化设计的必要性

依据我国的国情以及发展形势，我国今后主要以建设高层住房为主。与此同时，投资者们也日益关注建设成本如何最低化，使用结构设计优化技术能够实现建筑成本的最低化。若想实现结构优化的目的，工程设计人员首先以建筑的安全性为基础，然后理性分析建筑方案，

融合与之相适宜的设计理念以及方法，实现对工程造价的有效控制，以符合投资者的经济要求。根据统计资料表明，建筑结构经过优化设计比未进行优化的建筑节省了5%至30%的费用。然而，在很多实际优化设计中，其因为受到较多因素的制约而难以施展、发挥出其优越性。比如，过度追求工程设计进度，就会影响工程设计人员的设计效果，一味地以满足工程进度为目标；年轻的工程设计人员常受其专业素质限制，难以理解其设计软件，无法实现优化技术；也有一些工程设计人员过于关注建筑部分，忽视了建筑的整体方案，未能实现控制整体造价。由此可见，工程设计人员要将其技术与经济效益进行有机结合，只有合理的设计方案才能确保实现最大经济效益。

3、关于优化设计技术中存在的问题

3.1重视结构尺寸，忽略结构整体设计人员优化建筑方案时，通常根据已给的几何形状、

材料、拓补等来规划，以符合条件的构件截面要求，而忽略了整体结构的优化性。其实形状的优化设计要比尺寸的优化重要得多，单纯的尺寸优化不能满足优化结构的需求。不少设计人员片面的认为结构方案和布置规划经过计算机软件对分析上部结构，一旦构件截面符合计算结构的规定，那么对于地基部分，特别是软地基部分，上部结构重要性就变低了。所以设计人员时常对上部结构的构件截面没有足够的重视。

3.2优化目标不能完全符合工程的需求在实际优化设计过程中，时常伴随着很多难题，因为工程设计工作中的约束条件较多、建筑功能的限制性较多、变量也多等一系列不确定因素，致使目标函数仅能获取相对的最优解。当今利用计算机软件来优化截面，几次间的试验根本无法实现预期效果。因此设计的进度与时机都限制了优化方法的实现。虽然当今不少建筑的结构设计及布置是较为合理的，而且它的构件截面也适合常规尺寸，但是计算机软件的分析工作依然是设计工作中薄弱一节。即使利用增大构件截面的手段也无法得到有效改善，

相反地还增大了耗材的成本。

3.3离散变量问题建筑物尺寸、型钢规则型号、钢筋等都是变量，传统的梯度算法、对偶算法已经不能满足当今的工程设计需要。当前随着问题日益增多，引发了计算量剧增的组合性爆炸难题。

4、结构优化技术在房屋结构设计中的应用

4.1概念设计优化与建筑结构的设计每一个建筑结构的设计方案，都具有多种结构及布局设计，即使建筑物的结构布局已经被确定，并且处于相同的荷载状况，也依然有很多种分

析方法。建筑分析中的材料、设计参数、荷载取值等都不是固定不变的，处理建筑物的细节问题也是要随机应变的，尤其是计算机软件不能解决的问题，更需要设计人员亲自来做出分析判断。概念设计意指设计者遵守房屋结构设计的普遍规律，同时结合工程的实际经验来进行研究设计，概念设计是设计者对多个备选设计方案进行筛选的工作环节。

4.2概念设计处理实际房屋结构设计问题处理概念设计问题具有多种形式，但是所追求的共同目的是在任何外来影响下，建筑结构都可以稳固应对或者仅是受到很低损害，这也是概念设计中要处理的基本实际状况。由此可见，概念设计的主要内容即为将建筑物所可能遭到的各种破坏因素以及相应的预防措施。比如地震灾害是最难以预防和解决的破坏性因素，

其严重的破坏性，已经作为了概念设计中的重要课题。所以房屋结构在设计之时便要提前着手，做好房屋的抗震性能，以提升抗震性能为基础，降低地震对建筑结构危害的主要措施是确保建筑材料的刚度对称且均匀，为了更好地防止地震引发房屋结构的脆性破坏，可以实行延性设计进行减缓；此外房屋结构可以实行多道防御系统，帮助房屋建筑在遭受地震当中分解地震的能量，减少损害度，以上这些抗震设计的思路均为概念设计的主要指导思想。

4.3结构设计中的实用性与艺术性结合建筑物其实就是建筑师的艺术品，建筑师在设计建筑物的时候，始终期望将自己的意图表达得淋漓尽致，追求艺术性与实用性的最佳融合。

结构设计人员首先要保证所涉及房屋建筑的安全性，然后对于建筑的结构形式进行改善，不断完美，以全面体现建筑设计师的美学意图。在房屋结构设计当中，满足设计师的设计意图是基本标准，平面布局须要精确对称，有规则性，最大限度缩减质量与刚度两者之间的差异，

以避免建筑物因荷载作用发生扭转问题。竖向布局应以满足房屋的功能为基础，确保竖向承重构件上下贯通，使用转换层来降低设计或结构分析的难度与成本。此外，竖向布局刚度须要实行渐变，以避免应力的过度集中现象，增强房屋结构抵抗水平动力的荷载。

5、结语

工程造价在工程项目占有很大比例，具有重要的经济效益，所以优化设计房屋结构能够卓有成效地减少工程造价成本。与此同时，优化设计房屋结构要保障建筑的安全级别，合理化等，协调好技术和经济两者之间的关系，切勿因重视节省成本，而忽视质量或技术。为了实现整体目标最优，结构设计人员与工程师要分析房屋结构设计，充分发挥其优势，利用精细高效的工作标准及要求来实现最优化的房屋结构。结构设计的构造措施，主要还是通过结构设计理论与计算理论对存在许多缺陷或者不可计算性下手。 通过结构方案的分析、模型参数的控制及施工图中细节的把握。

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