结构设计优化方法在房屋建筑结构设计中的应用

2018-02-16赵端

建材与装饰 2018年2期

赵端

（太原理工大学建筑设计研究院山西省太原市 030024）

自改革开放以来，我国社会经济发展迅速，市场竞争日趋激烈，建筑行业作为事关国民经济的核心型产业，是关系到国计民生的重要问题。就目前来看，人们对建筑物的要求不仅体现在建筑物质量及稳定性上，建筑物的美观及结构也是其关注的重点，且是衡量整体实力的关键指标[1]。因此，对于我国建筑业来说，为了提升自身的核心竞争力，需要对房屋结构深入研究，探索出科学的设计方法，对其质量结构进行不断优化，在对建筑物稳定性进行保证的基础上，保证建筑物的美观度。

1 房屋建筑结构设计优化方法浅析

1.1 概况分析

结构设计优化指的是对房屋建筑材料自身的性能充分发挥，从而实现各构件及各环节的相互配合，对结构设计进行优化，可以实现房屋建筑结构的良好优化。相较于以往开展的结果设计，结构设计优化不仅可保证结构的安全，还能将价值学及审美学的相关观点融入其中，对结构设计水平不断提高，使得房屋建筑的整体性得到保证[2]。

1.2 要点分析

①对房屋建筑结构设计进行协调。结构设计优化需要建筑工程各环节的协作开展，是一项复杂的系统工程。针对房屋建筑结构设计，需要对房屋建筑的美观度进行提高。而结构设计就是针对房屋建筑结构而开展合理设计的一种方法。两者之间相互配合，相互合作，从而对建筑工程造价进行降低，使得房屋的实用性及经济效益进行提高，最终实现结构的合理化设计。②遵循结构设计各项规范。结构设计优化工作的开展需要有经济丰富且专业水平高的技术设计人员来进行，在结构设计过程中也需要对结构设计各项规范完全遵循。但是，需要注意的是，结构设计规范是针对所有建筑过程，因而一些规范并不适用所有建筑工程，其安全性也不太高。因此，在对房屋建筑结构开展结构设计工作时，在对结构设计规范严格遵守的条件下，还应结合房屋建筑的实际情况，做到具体问题具体分析，正确判断房屋建筑结构设计形势，对房屋结构设计进行优化，进而使得结构设计质量及经济效益都得以提高。

1.3 重要性分析

在房屋结构设计中应用建筑结构设计优化方法可以实现物美价廉的作用，不但可以保证房屋建筑的美观度，还能有效节省工程造价。对于建筑商来说，都希望在对建筑结构长远效益进行满足的前提下，最大程度对建筑结构所需要花费的投资额进行减少，并对建筑物的结构科学性进行保证。只有这样，才能实现建筑物的可持续发展，实现企业长远效益。而与传统的房屋结构设计工作相比，利用设计优化方法可以降低建筑物施工造价15%左右。实现房屋结构优化设计的技术性，可以最大程度发挥出材料的性能，且更好地协调建筑结构内部单元，使得建筑物的安全性也得到满足。同时，优化技术还能为建筑整体方案设计出有效的途径。可以看出，优化技术是实现建筑物设计经济、安全的有效方式。

2 建筑结构优化设计的具体步骤

2.1 建立结构优化模型

在建筑工程施工中，工程设计人员在开展结构优化设计时需要事前建立优化模型，并设计好结构优化方案。在建立建筑结构优化设计模型时，设计人员应对其中涉及到的主要设计参数进行明确，之后根据数据分析结构构建相应的函数模型。利用科学方法，计算出优化结构。在建立结构优化模型时，主要步骤如下：①选取合理设计变量，进而对模型构建更好完善。在选取变量时，要注意其可能对房屋结构产生的影响，区分好参数重要性，保证设计工作的合理性，减少工程涉及到的计算量。②需要对目标函数进行确定。设计人员应对函数优化条件事先满足，之后对这种约束条件可能产生的效果进行分析。设计人员在优化结构时，需要对这些约束条件进行分析，对裂缝宽度、强度都充分保证。

2.2 设计计算方案及程序

设计人员在进行结构优化设计时应注意对计算方案进行优化。在这过程中，计算方案中涉及较多的变量及约束条件。因此设计人员计算时应对这些约束条件充分了解，之后合理分析，在考虑工程变量基础上，科学运用数学计算方案，之后再开展优化设计。在建立模型及确定相应设计方案后，设计人员需要根据方案制定出详细程序，将变量录入计算机后，之后会涉及到设计变动问题。这时就需要改写基础结构，将变动后的程序录入计算机。计算机只需要有相应的编程数据，就会得出相应结果。

2.3 结果分析

当计算机得出编程结果后，需要对其详细分析，进而选择出最合适的设计方案。在实际开展的结构设计工作中，建筑结构设计需要与建筑结构规范相符合，设计人员也应充分了解多方因素，从多方面选择，进而对结构设计更好完善，充分降低建筑难度。房屋结构优化设计的目标就是对施工企业的施工成本进行降低，且不会对施工质量产生影响。在设计过程中，设计人员应充分考虑建筑经济性问题，之后对技术与经济性之间产生的矛盾合理解决。

3 结构设计优化方法在房屋建筑结构设计中的实际应用

3.1 局部或整体优化

结构设计优化较为复杂，且设计时具有层次性特点，因此在设计过程中应对建筑安装体系充分考虑。结构相关体系及整体设计中又会延伸出若干个体系，设计人员在对房屋进行设计时需要对下属系统进行优化，冲破横向关联性，实现叠加工程的具体效果。而在复杂性上，设计工作涉及到零部件选择、材料选择等问题，需要从建筑整体入手，实现建筑物的设计优化。

3.2 阶段性优化、桩基础优化

设计人员按照节段的不同特点及工程实际情况，对优化方式进行确定，开展阶段性优化，对建筑整体寿命进行延长。在对建筑质量进行保证时，还应考虑到增加经济效益的问题。预制桩与灌注桩都是建筑桩基础，在整体施工中，灌注桩涉及到的操作技巧十分复杂，对质量难以很好控制，耗费时间较长，因此在符合沉降标准条件下，应充分结合预制桩施工，简化工序。

3.3 协调建筑优化与结构优化

在结构优化设计过程中，需要对建筑物整体平面与结构之间的配合进行保证。建筑物施工需要实现简洁性的建筑系统，支柱与墙体要良好对接，截面面积与高度都要保持相同。在对楼体进行设计时，由于转角区域自身承受力的作用较多，因此需要将承重材料转变为高强材料，实现对自重的降低。保证建筑物整体的重心、刚心与质心的良好交叠，防止出现扭转。