建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的应用

唐加镇

【摘要】要让建筑体的结构设计不断实现优化，需要从设计过程的各个阶段有所考虑。前期的方案设计中应当更好的让一些优化的设计方法与设计理念得以渗透，随后的细节处理中同样需要对于一些细部做相关的设计与完善。此外，地基的选型与设计是结构设计中的重要组成，本文对此进行了分析研究。

【关键词】建筑结构；设计；优化方法；房屋结构；设计；应用

建筑体的结构设计不仅会直接决定整个建筑的安全性与稳定性，优化的结构设计方案与结构设计理念同样能够在保障建筑体的基本性能的同时更好的让建筑体实现其经济效益。这也是对于优化的建筑结构设计方法不断展开探究的原因所在。

一、结构设计优化方法

完美的建筑是在满足人们使用功能及视觉感受的前提下，充分满足使用者和社会所期望的各种要求。依据设计的要求，把力学概念与结构优化设计进行有机结合，让参与计算的量部分可以以变量部分出现，进而形成结构设计优化方案域，运用数学手段，在域中找到可以满足要求的结构优化最佳设计方案。

结构优化设计的本质以力学理论和数学规划理论为理论基础，以计算机技术为工具，对建筑结构涉及到的各个变量进行寻找优化决策的先进的设计方法，其本质就是求极值问题。1）优化数学模型。建立正确合理的优化数学模型是结构优化设计的关键步骤，基于正确的优化数学模型是得到正确优化结果的基础。例如，在优化模型中，数学模型中的等式约束个数应当小于设计变量的个数，这样才能求得最优解。2）优化数学算法和优化迭代控制。对于建立的优化数学模型，虽然可用的优化算法有多种，但是采用不同的优化算法所得到的优化效果和所花费的求解时间会有差别。所以，快速、有效的数学优化算法也是结构优化设计的一项关键技术。3）结构分析方法。绝大多数的结构优化设计问题难以采用解析法求解，而是采用数值法的方法。数值解的寻优实际上是一个优化迭代过程，而每次优化迭代都需要进行结构分析。实现以上提到的关键技术需要经过建立可靠的优化模型，然后采用适当的优化算法进行求解。这其中选择计算简便且正确率高的优化算法显得尤为重要。

二、民用建筑结构设计和经济性的关系

1. 结构设计与用地的关系

结构设计的优化方法必须遵循相关的经济性原则，这也是探讨民用建筑结构设计和经济性间的关系的必要性所在。首先，结构设计和建筑用地间有着非常直接的联系。一方面，建筑用地的选取将会直接决定后期所采取的一些结构设计的方案以及需要的建筑用材，这些都会直接和建筑的建造成本挂钩。另一方面，随着现在民用建筑的高度不断增加，对于那些高层建筑如何有效的控制其稳定性与抗震性，这是结构设计中需要着重考虑的一点。高层建筑虽说能够一定程度减少用地面积，但是建造的成本会更高，如何做好这两个方面的平衡，这是结构设计优化时需要着重考虑的问题。

2. 结构设计和造价的关系

结构设计和整个建筑体的造价间的联系是十分紧密的，这也是一个重要的讨论点。对于那些追求造型新颖、结构设计有所创新的建筑体，其建造成本必然会更高，建造的难度也会更大。这会使得项目在单位面积上投入的成本更大。如何处理好这种造价与设计间的平衡，这是结构设计优化中需要有所考虑的问题。

3. 高层住宅结构设计和经济性的关系

现在的住宅普遍朝着层高越来越高的方向发展，这确实能够提高单位土地的利用效率，但是高层建筑在结构设计上也提出了更高的要求。高层建筑不仅需要在地基上做特殊处理，对于建筑体的墙体面积和柱体面积也会显著上升，这会直接提升整个建筑体的负重，对于建筑体的抗震性与稳定性都会提出更高的要求，也会让建筑自身的建造成本直线上升。如何处理好高层住宅的结构设计与经济性间的平衡，这也是结构设计优化中需要处理的一个问题。

三、结构设计优化方法探究

1. 前期方案设计阶段

前期的方案设计是建筑体整体的结构设计轮廓得以落实的阶段，这个时期的结构设计中就能够让一些优化的设计方法与设计理念很好的得以渗透。一方面，可以综合衡量建筑体对于经济性与稳定性的追求，尽可能的平衡两者间的关系，这不仅能够减少不必要的建筑成本，也能够为建筑体的安全性与稳定性提供保障。另一方面，对于一些设计重点与设计难点要逐一攻破，要借助先进的模型进行全面的数据分析，最后确立一套最为合理可行的结构设计方案。

2. 细部结构设计优化

当结构设计的整体方案得到落实后，随后仍然会需要对于一些细部做相关的设计与完善，这一阶段的结构设计中仍然有很多值得优化的地方。很多结构设计的不合理都是体现在细节的疏忽上，因此，设计人员应当不放过对于每一个细节的处理，要让每一个方面都有充分的考虑，并且有最为合适的结构设计。只有将每一个细节都处理的更好，建筑体的整体结构设计质量才能够有本质上的提升，这也是结构设计优化的一个重要途径。

3. 地基设计的优化

地基的选型与设计是结构设计中的重要组成，这也是结构设计中具备很大完善与优化空间的一个领域。随着高层建筑的不断增多，各种造型新颖独特的建筑体的不断出现，这些建筑在打造的过程中对于结构设计都提出了更高的要求，尤其是对于地基的选型与设计提出了更为苛刻的要求。地基的設计是保障建筑体的抗震性与稳定性的基石，因此，在这方面进行设计时一定要更为优化。合适的稳固的地基才能够为建筑体提供更为安全稳定的建造与使用环境。

结 语：想要让建筑体的结构设计不断实现优化，这需要从设计过程的各个阶段有所考虑。前期的方案设计中应当更好的让一些优化的设计方法与设计理念得以渗透，随后的细节处理中同样需要对于一些细部做相关的设计与完善。此外，地基的选型与设计是结构设计中的重要组成，这也是结构设计中具备很大完善与优化空间的一个领域。

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