刍议结构设计优化方法在房屋结构设计中的应用

马国强

【摘要】为了能在激烈的市场竞争中占有一席之地，建筑行业间逐渐转变为在建筑质量与顾客满意度上进行相应的优化与提升，通过提高企业施工质量，提高房屋建筑的性能与安全性，并在建筑外观设计上进行更多的设计优化，以此，来为自身企业谋求在建筑行业内更加长远的发展。文章就结构设计优化方法在房屋结构设计中的应用进行略述。

【关键词】房屋结构设计；设计优化；应用

房屋设计的优化主要是针对在设计房屋的构造时合理设计建造设计的各个因素，是房屋建筑设计中的各个因素如经济、实用、美观、造价等方面得到协调。一方面，在进行优化设计时要合理考虑建筑的实用性的问题。使房屋中的各个方位的设计都能满足人们的生活的需求，同时让各个层面的设计都以方便于人、服务于人为目的，实现最大化的实用的特点。第二是在满足人们的生活需求的同时也要把经济和造价的因素考虑进去，合理进行建筑的造价设计，实现低价打造高质量建筑的要求。此外，在满足实用性和经济性的基础上还要考虑到美观的问题。即要有一定的观赏性，满足人们的心理和视觉的要求。

一、建筑结构设计优化方法的概述

建筑结构设计优化方法是从理论上和经验上对建筑结构设计进行优化，以建筑结构设计优化的方法进行建筑结构的分析和认知，使建筑工程结构得到总体的优化，是建筑设计以及建筑工程分部得到结构优化和设计完善。对于建筑结构设计优化方法行业应该采取重视的态度，要控制建筑结构设计的重点环节，例如：应该尽量缩小质量中心和刚度中心的差异以及建筑的平面结构尽量对称与规则，合格的建筑结构设计必须满足这些基本的要求，这样的建筑结构设计意图才能够通过优化的评定。此外，建筑结构设计优化方法要求在水平荷载作用下建筑物不会产生很大的扭转效应。必须在满足建筑相应的功能条件下，在竖直方向布置尽量让竖直方向的相应的承重构件上下贯通。在结构设计中，为了减少结构设计与分析上的难度以及经济性，我们应该尽量避免使用转换层结构。对竖直方向的刚度也有着相应的要求，要求刚度的变化必须是渐变的而不是突变的，否则在刚度突变的地方会出现严重的应力集中，这不利于建筑结构抵抗水平方向的动力载荷作用。

二、建筑结构设计优化方法的重要价值

对建筑结构的设计进行必要的优化，在对于房屋结构相关的设计中的应用意义重大，不仅能够满足了建筑的实用与美观，而且还可以有效地对工程造价进行控制。对于建筑商来说，其当然希望用最少的投资，而获得最大的收益，然而又必须对建筑结构的科学性、可靠性以及安全性做出保证，这必然要求对结构设计进行优化。结构设计优化和传统房屋结构设计进行比较我们可以发现：运用设计优化的技术能够降低建筑的工程造价（6%一35%）。结构设计优化技术能够使得建筑结构内部的每个单元都得到最佳的协调，并可以对材料的性能进行最合理的利用。这样不仅能够保证相关规定的安全系数，还能够实现对建筑结构设计的经济性与实用性。

三、房屋设计中建筑结构设计优化的步骤

（一）构造结构设计优化模型

构建结构设计优化的模型函数可以科学地估量房屋的造价，因此确定这个优化模型至关重要，一般是选用那些对最后的结果即整体的建筑设计影响很大的建筑设计的因素作为所建立的结构设计优化模型的自变量，选择对建筑设计影响大的因素作为计算的自变量能够使后续的分析的工作顺利进行。在确立了自变量之后要进一步确定目标函数，目标函数一般选取的因素是最后的建筑设计的优化的表现即为最终的建筑造价。此外，构建这个函数需要满足一定的限制的条件。在约定的条件下进行函数的运算。

（二）选定结构设计优化方案

上文构建的结构设计优化的模型函数是一个比较复杂的函数，它具有很多的不确定因素，因此在进行分析时也比较复杂，存在一些人工计算和分析比较困难的步骤。解决这种比较复杂的函数时可以使用计算机的方法来进行计算和统计，这样得出的数据比较科学，同时，操作也比较简单。

（三）进行计算机编程

虽然利用计算机来计算和分析结构设计优化的模型函数存在一定的优势比如简单易行，但是利用计算机来进行分析操作的同时要先做一个计算机的编程，建立好这个编程才能进行运算，进行建立计算机编程的操作也是需要一定的资费的，因此也要合理设计所建立的计算机编程，使其能够合理计算并分析出函数模型的结果，此外，也要考虑到建立计算机的编程所需要的费用，合理运用经费，保证操作的合理性、科学性和经济性。

（四）結果分析

在计算机计算出结果之后，要对其进行分析，从而选定合理的设计方案。在实际结构设计中，建筑结构设计要符合建筑的结构规范，设计人员应了解多方而的因素，从多个方而进行选择，从而更好的完善结构设计，将建筑问题的难度降到最低，房屋结构优化设计的主要目标是降低施工企业的施工成本，并且不会影响施工的质量。在进行设计中，设计人员应注意经济问题，然后处理好优化技术与经济之间的矛盾。优化设计中，建筑结构的改变会影响到经济与技术之间的关系，所以设计人员要对这些内容有一个明确的认识，理解经济与优化方法之间的必然性，引用优化方法，降低施工的成本消耗。

（五）实例分析

在运用上述优化理论对某七层现浇写字楼工程设计中，将建筑工程所处地区的水文地质、温湿度、风向风速及降水量等因素进行了全面分析，并进行了结构优化工作。包括：第一，建筑基础拉梁设计优化，针对高层较低设计较大基础拉梁，保证建筑抗震结构及拉梁正负弯矩与建筑上部混凝土框架处于一致状态；第二，基础荷载设计优化，因该建筑层数不多，在进行优化时，只需考虑到风荷载问题；第三，框架结构设计优化，应用准则法，通过递推公式，最终获得优化结构；第四，计算周期设计优化，对建筑结构计算周期进行一定的折减.如填充墙砌体属于轻质型，则折减系数控制在 0.7～0.8 范围内；如填充墙砌体为重质型，则其折减系数控制在0.6～0.7 范围内。

四、结构设计优化技术的实践应用中要注意的问题

建筑结构的优化能够带来较人的经济效益，所以设计人员要在设计，了解容易被忽视的问题，然后投入更多的关注。

（一）初期参与阶段

房屋结构设计在优化的初期阶段，其设计方案的内容，会影响到建筑的总投资情况，所以在进行方案设计中，要重点关注这些实用性问题和经济性问题，并在实践中，分析结构优化的方法能否真正发挥作用，起到节约建造成本的目的。这个阶段容易出现建造成本浪费的现象，设计方案得不到良好的实施，所以设计人员要重视初期方案的实施情况。

（二）概念设计和细部结构设计优化阶段

在进行房屋建筑结构设计中，设计人员应明确概念设计与实际情况之间的差别。一般情况下，概念设计都与实际想脱离，准确性较差。所以在进行概念设计中，要将数值应用到整体设计中，作为辅助依据。设计人员应把握整体的设计理念，然后确保细部工作设计无失误，最后实现优化设计的效果。

结束语：

总之，房屋的建筑优化设计是一项复杂的设计工程，在进行设计的时候要综合考虑诸多因素，建筑的方法、技术以及使用的方案都决定了最后的优化的程度，合理进行优化设计，使建筑的房屋符合经济、实用、美观等特点。综合考虑各个因素，设计出函数模型，通过计算机的编程设计计算并选择出最佳的方案。

参考文献：

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[3]王鹏.建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的实际应用分析[J].中国建材科技，2014，04