建筑結構設計優化方法在房屋結構設計中的實際應用分析

王 鵬（唐山市規劃建筑設計研究院，河北 唐山063000）

隨著近年來社會的迅速發展，土地制度也在不斷健全與完善，伴隨著土地資源需求量的增多，為緩解土地資源緊張的局勢，其土地價格也在迅速上漲。此種資源背景不僅給房產開發工作帶來了一定的壓力，同樣也在一定程度上影響了建筑成本的控制。當前，人們對房屋建筑設計的要求也越來越高，建筑產品的質量成為了大多數社會群體廣泛關注的問題。房屋結構設計的主要設計理念是在保障房屋實用性、安全性、經濟、美觀的前提下，來達到空間的最優配置，實現資源的最佳利用。以下主要介紹建筑結構優化設計的方法及其在房屋結構設計中的應用。

1 建筑結構設計優化在房屋結構設計中的具體應用方法

一個集功能與審美一體化的成功建筑必須是將結構設計與外觀設計相結合的產物。其中建筑結構設計則是設計工作中的重中之重，建筑結構優化設計主要包括房屋的基礎結構的優化設計、房屋頂蓋系統的優化系統、房屋周圍護欄方面的方案優化設計及其他結構細節部分的優化設計。在對房屋結構進行優化設計時，首先需要從房屋建筑的實際情況出發，從整體效應方面去考慮，在確保設計滿足功能性要求后，對平面布置的規模進行設置，將建筑質量中心與其剛度之間的差距縮小，均衡力度的承載方向。以下主要簡單地介紹建筑結構設計優化的模型及其具體的優化計算方案。

1.1 設計模型

建筑結構優化設計的模型建設主要是將影響結構最優設計的具體參數發掘出來，并將相關變量的參數提煉出來，建立出初步設計的函數模型。并將其通過合理性的計算方案，規劃出最佳的設計方案。建筑結構優化設計的模型建立第一步，首先需要選擇選擇影響整體設計的主要因素作為設計變量，將影響并不大的變量作為預定參數，從整體上減少設計程序的工作冗余。其次，將預定參數中建筑切面的尺寸及涉及到其截面積的相關數據函數表示出來，以控制總費用成本為目的。再次，制定好約束設計的條件。建筑結構設計優化的約束條件包括具體房屋的尺寸規劃、結構的整體強度、預應力的相關參數限制、變形情況的規定等方面。在進行約束條件規劃時需要遵照設計結構優化方案要滿足房屋構造實際的標準，確保各項約束條件能夠滿足實際操作要求，以此來達到最優設計。

1.2 優化計算方案

建筑結構優化方法主要是一種根植于可靠度的房屋結構設計方案。其中變量較多，各類數據比較復雜。一般而言，在規劃計算方案時常習慣將限制性的問題轉化為無限定性的問題。在房屋結構設計中的優化計算方案一般可以采取拉氏乘子法、Powell算法等。

2 建筑結構設計優化方法在房屋結構設計中的實際應用

將建筑結構優化設計方法應用于房屋結構設計中，不僅能夠降低工程投入成本，同樣可以做到使房屋結構設計達到最優配置，體現巨大的經濟效益與社會效應。通常來說，建筑結構設計優化方法一般應用于房屋結構設計的前期設計環節、結構內部抗震設計、舊房屋的整體改造等方面。

2.1 前期設計環節

房屋結構的前期設計環節是影響房屋經濟性設計的重要方面，它會對項目的總投資資金造成影響。當前，在房屋設計方面存在的普遍的問題便是在前期環節并沒有將建筑結構優化設計的方法應用其中，在設計前期并沒有考慮到結構設計的科學性與合理性，甚至部分情況下，會對房屋結構設計造成負面影響。因此，必須在前期設計環節將建筑結構優化設計方法應用其中，選擇較為合理、可行的結構形式，策劃合理的設計方案，在設計初始時期保障設計的合理性，為整體設計創造較好的開端。

2.2 抗震概念設計

在房屋結構設計中，建筑結構設計優化方法主要應用于無具體數據參數指標的抗震設計情況。將抗震設防烈度作為設計案例，正是由于其發生具有較大的不確定性，實際計算情況通常會與預定設計情況產生差異，因此需要采取結構優化設計中的概念設計方案。將以往的數據作為輔助考察依據，在具體設計過程中，將建筑結構優化設計方法靈活運用于設計中，以期達到最佳設計值。另外，在保障宏觀設計滿足要求的同時還需要注重結構細節的設計。將房屋結構設計細節中現澆板的選用作為具體設計要求，若其異形板在拐角末端較易產生斷裂情況，設計時則需要考慮鋼筋選擇的范圍，在投入成本相當的情況下，選用極限拉力較強、能夠滿足塑性要求的鋼筋材料。若現行規劃的現澆板所選用的材質是在受力方面有較強功能的，此時為保障塑性要求，則可選擇冷軋帶肋式的鋼筋材料。保障在內部結構設計時，現澆板外部里面的配置鋼筋材料能夠滿足結構優化的具體條件，不僅能夠為建筑安全設計提供保障，同樣也可以達到經濟性控制的目的。

2.3 房屋基礎地基優化設計

房屋地基作為其結構設計的關鍵，為達到優化設計的目的，首先需要確保其地基結構設計的最優規劃。隨著建筑行業的飛速發展，房屋地基設計也正根據其建筑成品的功能、具體形態不同，其對地基的具體標準要求也存在著強弱差異，基于房屋基礎地基設計更需要從其實際情況出發，設定好地基實際勘測計劃，在結構優化設計時，秉承節省工程造價的原則，若地基設計主要以地樁為基礎，則需要根據實際受力情況，對不同材質的地樁進行考察，選擇最佳的設計方案。

2.4 選擇節能指標較高的結構設計類型

將建筑結構設計方案應用于房屋結構設計中主要是為了在降低工程造價的基礎上，提升房屋建成后的整體效益。因此，需要選擇節能指標較高的結構設計類型。常規設計中主要有三種房屋結構形式，分別為短肢剪力墻結構、框架結構及框架與剪力墻融合的結構模型。第一種結構設計的抗震性能較高，且并不需要較多材料的選用，第二中結構設計由于其柱截面較大會影響房屋內部家具的布置，而第三種結構綜合適應能力較強，抗震效果好，且抗測力效果較為明顯。三種結構類型均有其自身存在的優缺點，在選擇最優設計方案時同時需要從房屋實際需求出發，將造價與后期效益均納入考慮的范疇，據實際情況選擇最佳設計方案。

3 結束語

總之，將建筑結構優化方法應用于房屋結構設計中，主要是為了達到降低工程總造價、提高建筑結構的經濟性的目的。在房屋結構設計中，選擇最為合理、科學的建筑材料，在前期設計、概念設計、下部地基基礎設計中應用最優設計方法，不僅能夠使建筑物實現審美價值與功能性的統一，同時能夠從整體上節省房屋工程建造成本，實現良好的經濟、社會效益，較好地迎合了當前科學發展觀、可持續發展理念的要求。

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