建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的应用

2015-10-31龙昌会

建材与装饰 2015年20期

关键词：房屋结构结构设计房屋

龙昌会

（铜仁市工程设计质量监督站贵州铜仁　554300）

建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的应用

龙昌会

（铜仁市工程设计质量监督站贵州铜仁554300）

主要讨论了建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的应用情况，以求为房屋结构设计提供理论指导。先从结构优化设计模型、结构计算方法两方面入手，对建筑结构设计优化的相关内容进行简单阐述；再结合房屋结构设计的相关内容，对建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的应用情况进行分析。对相关工作人员而言，为能进一步提升房屋结构设计能力，需要在正确认识到建筑结构设计内容的基础上，实现房屋结构设计与建筑接受优化的结合，为提高房屋结构设计质量奠定基础。

建筑结构；房屋结构设计；应用

随着人们生活水平不断提高，居民对生活质量提出更高的要求，在房屋建设中，不仅要求房屋能满足其生存、生活的需求，还应具备一定的经济性与美观性。但在房屋结构设计中，设计人员出于对施工便利性的考虑，通常会适当简化建筑结构，保证能在规定时间内完工。因此，在房屋结构设计过程中，应该采取相应的优化方法，在满足人们经济性、实用性要求同时，使建筑更加美观。本文将以此为背景，对建筑结构优化方法在房屋结构设计中的应用情况进行简单分析。

1　结构设计优化的基本方法

所谓结构设计优化，就是在建筑设计的过程中，采用科学、先进的理念，不断剔除多余功能，使建筑在各方面都能达到最好的功能效果。在现阶段的建筑结构设计优化的过程中，需要将整体结构设计作为重点，并重视房屋屋顶、细节结构、外围等内容的设计，使建筑结构更具有合理性。

1.1结构优化设计

在结构优化设计过程中，主要是在众多变量中得到最优化参数，并建立相应的结构模型。一般情况下，结构优化设计的基本流程如图1所示。

图1　建筑结构优化的基本流程图

其中，在变量选择中，主要确定具有重要影响的数据，并将其称之为变量，其包括影响该工程控制级约束参数的相关要素，包括房屋价格要素、预期损失要素等。在工作中，工作人员主要通过合理控制参数变化幅度，保证整个工程质量控制都处在合理范围内，进一步减少建筑结构设计中出现的图纸计算、编程管理等工作的难度，为工作人员快速确定与设计目标相一致的数据奠定基础。在确定函数过程中，工作人员通常将整个工程项目设为多个函数，通过不同函数项目的组合来达到质量控制的目的。例如，设计人员会根据房屋横截面尺寸、钢筋数据等函数，选择与本次工程质量控制相符合的函数组合，再通过分析函数性质，最终达到降低房屋价格的目的。在条件衡量中，设计人员主要根据结构的基本特点（包括房屋结构耐用性、结构整体稳定性等），确定房屋设计过程中的约束条件，最终制定工程多个施工项目的基本参数。在设计工作中，设计人员需要以房屋建筑工程的实际情况进行分析，在充分认识到各种约束条件的影响下，不断优化各项条件，确保相关结构的合理性。

1.2计算方法

在房屋结构设计中，会涉及到大量计算过程中，同时，在建筑结构设计优化的背景下，这些计算过程会更加复杂。这就要求工作人员在数据演算过程中，充分认识到约束问题中不附带约束条件的问题，保证能在较短时间内得到计算结果。

一般在计算过程中，主要采用复合形法来求解最优化问题，该算法能有效解决约束化问题，且对目标函数的需求不苛刻。以标准施工环境为例，在确定复合点点数目时，点数k的取值范围为（n+1）≤k≤2n，其中，n代表设计变量的个数，设计人员就是通过不断减少计算量，积极需求一种最优化解法。

2　建筑结构优化设计方法的实际应用分析

（1）合理确定变量

在选择变量之前，设计人员需要充分认识到影响建筑结构整体质量的相关因素，并将建筑本身结构作为重要参数。例如，部分设计人员在设计过程中，会严格控制目标的内在参数（主要指建筑损失期望值、建筑结构造价值等）；在建筑约束参数设计过程中，通常会将建筑结构的相对可靠度作为重要数据；在处理一些对建筑结构影响不大，或变化范围较小的参数时，通常会通过预定式参数进行表达。经过上述处理，能有效减少计算量，提高工作效率。

（2）确定目标函数

在建立建筑结构优化模型的过程中，需要找到能满足预定条件的相关要求，并统计相关项目中已经失效的概率函数，通过在函数选择中积极剔除已经失效的概率函数，最终确定目标函数。

（3）明确本次工程中的约束条件

根据具有较高实用性的房屋结构设计内容优化模型，并结合上文中提到的复合形法解决问题，使其能成为一个工作效率高、性能全面的应用程序，保证整个优化设计能全面有效的实施。

（4）综合结果分析

鲁迅生平展览厅中，陈列了很多鲁迅的名言。比如：“当我沉默着的时候，我觉得充实；我将开口，同时感到空虚。——但我坦然，欣然。我将大笑，我将歌唱。”再如：“我又经验了一回同一战阵中的伙伴还是会这么变化，并且落得一个作家的头衔，依然在沙漠中走来走去。——只因为成了游勇，布不成阵了，所以技术虽然比先前好一些，思路也似乎较无拘束，而战斗的意气却冷得不少。新的战友在哪里呢？我想，这是很不好的。”

在获得计算结果后，将计算结果与工程中一个重要的项目进行比较与分析，最终折中选取最佳的设计方案。在该步骤处理中，其对整个建筑结构优化设计的影响十分明显，设计人员一直主张以具有良好实用性的设计来保证建筑具有美观感与经济性，并适当影响工程资金。

同时在设计过程中，不能因为节约经济成本而忽视对建筑技术的要求，而是要以一种更加全面有效的方法分析房屋结构设计流程，保证结构设计能达到预期目标。

2.2确定优化内容

（1）房屋整体结构优化

在房屋整体结构优化的过程中，应该将整个房屋优化过程确立为一个整体，并建立与之相适应的数学模型。在优化过程中，工作人员可以将影响结构质量的相关因素作为设计变量元素，一般情况下，这些元素主要包括：结构造价因素、结构安全性因素、应力约束与弹性约束因素等。同时，还应该建立房屋的整体模型，通过严格控制相关参数，并确定房屋结构设计约束条件，得到最优化的计算结构。这种方法科学、简单，并且运算效率更高。但需要注意的是，在房屋整日结构优化中，可能会涉及到大量的运算，这就需要工作人员能根据优化结构模式，在充分分析其他计算方法的基础上，对这些计算公式进行确认，并找出其中的不完善之处，保证整体结构具有完整性。

（2）房屋分布结构优化设计

在房屋分布结构设计优化中，其重点处理房屋结构中的荷载、钢筋混凝土等基本结构，并对这些结构进行优化处理，确保其能满足质量控制的要求。例如，在房屋基础拉梁结构，工作人员需要考虑结构的设计高度、层数等，并以此为基础预判其抗震性与稳固性。之后，对基础桩基与基础拉墙的配筋比例进行确定，保证桩基与拉梁基础基本一致。最后，要充分认识到施工土地周围的地质情况、气候条件等。

从当前房屋的基本结构形式来看，在设计建造房屋的钢筋混凝土和剪力墙结构时，准则方法的设计步骤是经常会被采用的步骤。对结构整体受力和部件受力状况进行预先演算，通过核定其单元截面上的受力优化来不断推进，从而得出结构上的整体优化。通过这种方法，设计师能够在其辅助下找出最合适、最低以及最安全稳定的结构设计。

（3）建筑主体上部结构优化

在房屋建筑上部结构优化过程中，应建立适当的模型，并以模型为基础开展系统性优化。整个优化过程的第一步，就是保证整个所设置的剪切墙合理，且整个墙体质量均匀，保证整个楼层中平片刚度的中心点能与楼层墙体结构中心相重合，进而降低地震等对建筑的影响。在施工过程中，若施工条件允许，可以对剪力墙实现大开间构造，通过进一步加强剪力墙墙肢长度，减少墙肢数量，也能有效降低混凝土的使用数量。

（4）建筑结构优化协调

在建筑结构设计过程中，要保证建筑整体结构能与整体平面紧密的联系在一起，保证建筑本身美观，且结构合理。在建筑系统设计中，要尽量保证系统结构嫁接，且墙体与支柱不能出现错位现象，并保证高度与截面面积相同。在楼体设计中，对于自身受力结构较多的区域，应选择高强建材为承重材料，进而有效减低自重。