建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的运用分析

摘要：伴随着不断提升的社会生活和发展，人们开始对建筑的实用、美观、经济和安全性有更高的标准，房屋建筑构造直接影响房屋的使用功能，所以设计实现优化就非常关键。建设建筑的同时建筑构造方面投入资金比较大，为了降低这部分投入需要持续进行结构设计优化，保证建筑质量安全的基础上，实现建筑设计规划，将建设方案拟定，科学安排施工工程，将总体构造施工控制，保证企业经济效益增长。

关键词：建筑结构设计；房屋结构；设计优化

1 建筑结构优化方法在房屋建筑中的重要性

从我国目前的形势和发展趋势来看，近期住房建设主要用于高层住宅或超高层住宅。基于这一客观现实，如何尽可能减少投资资金，确保建筑结构设计符合时代发展的需要，已成为众多建筑企业和投资者日益关注的问题。

为了优化房屋结构，施工人员必须以确保建筑质量和安全为前提和基础，认真分析设计方案的细节，采用更先进的设计理念和技术来控制成本该项目。根据相关数据，与没有设计优化的建筑相比，在房屋结构设计优化后，成本可降低8%-22%。但是，在实际操作过程中，由于各种条件的制约，要真正开展，我们需要面对很多困难，也不能充分发挥其优势。

优化建筑结构的设计之后，工程造价的资金投入便能得到有效地降低，从而让企业能够赢得更高的经济效益。此外，优化建筑结构的设计之后，可以实现房屋结构中各个单元的有机整合，从而提升了建筑的质量，对人们的居住安全给予了重要保障。因此，要想对房屋结构具有更强的适用性与更好的经济性，优化房屋的结构设计，是一条行之有效且非常重要的途径。

2 结构设计优化方法

根据设计要求，将力学概念和结构优化设计有机地结合起来，使计算中涉及的数量部分出现在变量部分，然后利用数学方法形成结构设计优化方案域，找到最优结构优化设计方案，可以满足领域的要求。因此，结构优化设计不仅可以提高整体设计水量和设计质量，还可以降低整体工程造价，提高经济效益和社会效益。住宅工程子结构的优化设计包括基本结构方案的优化设计，屋面系统方案，围护结构方案和结构细节设计。上述方面的优化设计还包括选择，布局，应力分析，成本分析等。在实施过程中，不仅要从实际原则出发，还要结合具体项目的实际情况，围绕住房建设综合经济效益的目标进行结构优化设计。在满足设计要求后，应尽量减小刚度和质心之间的差异，以便制定布局规则。水平荷载不会使建筑物有太大的扭转作用，为降低应力集中，竖直方向上应避开使用转换层。

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。

3 结构设计优化技术的实践应用

建筑结构优化设计方法在建筑结构设计中的合理应用，不仅达到了降低成本的目的，而且达到了建筑结构更合理的初衷，有利于经济效益和社会效益的结合，满足人们居住的多方面要求，达到最优的设计理念。

3.1 建筑地基的结构设计优化

加强结构设计优化方法在建筑結构设计中的应用，希望能够设计出更加以人为本的科学的住房结构。建筑的基础是整体结构的关键部分，也是优化设计的关键部分，只有完成基础的结构设计才能实现优化设计，才能保证后续施工设计的优化。根据建筑物的总体规划和服务功能的不同，基础施工优化的方法也不同。结合实际建筑物的特点，精确测量地形数据，优化时，首先考虑建筑物的稳定性作为前提，其次考虑项目的成本，最后得到最优方案。

3.2 砌体结构的设计优化

砖砌体在房屋建筑结构中主要担负着抵抗侧向位移和承重的作用，它的布置方式较为多变，却并不适宜在跃层结构或表现出过大的受力结构中。通常应该对其进行以下方面的优化：优化平立面结构，保证建筑形体的规则性；抗侧力构件平面布置宜规则对称；侧向刚度沿竖向宜均匀变化。纵向抗震墙体在建筑整体中，必须保证有三条以上，合理规划门窗的开口规格，一般要将宽度控制在2m或2m以下，这样的设计有利于增加建筑结构的稳固性。

3.3 剪力墙的设计优化

连梁是剪力墙优化设计中最重要的环节。如果连接梁的切割程度增加，则建筑结构的地震作用将增加，同时，连接梁和壁肢的内力分布将大大增加。因此，这里的部件的加强构造应适度增加，从而避免不必要地浪费建筑材料。在建筑结构设计中，不应选择大刚度窗下的墙作为连梁的设计，应该是将耦合梁设计成具有较小刚度和横截面的弱耦合梁。在满足结构刚度和变形程度要求的条件下，应考虑经济和变形能力，合理安排构件。一般来说，设计的剪力墙越多，建筑结构的横向阻力越大，从而减少了建筑结构的位移，但导致地震力的增加。基于上述考虑，在剪力墙设计中必须掌握对称性，分散性和均匀性的基本概念，剪力墙的数量必须通过水平位移的极限准水平控制。

3.4 房屋建筑结构细部设计优化

为了优化建筑结构的设计，我们不仅要注重整体设计，还要注意每个细节结构构件的设计。例如，在现浇楼板的设计中，为了消除角裂缝和均匀的结构应力，必须将异形板分成矩形板。对于建筑物结构底部的框架抗震墙，加固配置通常较大。如果采用冷轧带肋钢筋进行材料选择，可以适当减少加固配置，更便于施工，达到控制工程造价的目的。

4 结语

将建筑结构优化方法应用于房屋结构设计中，能够实现提高建筑结构的经济性、降低工程总造价的目标。选择科学合理的建筑材料，将优化设计方法运用到前期设计、建筑地基设计、节能指标选择等诸多环节，不仅能节约建筑工程成本，而且还能使建筑物实现美观性与功能性的统一，实现更好的经济和社会效益，更加符合科学发展观和可持续发展理念的要求。

参考文献

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[2]李伟.分析建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的运用[J].中国房地产业，2017，（20）：64.

[3]王艳富.建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的应用[J].商品与质量，2016，（42）：356.

作者简介：李勇（1988.12.01），男，汉族，陕西省西安市，长安大学土木工程本科，建筑工程（结构）专业助理工程师。

（作者单位：西部机场集团置业（西安）有限公司）