芻議結構設計優化方法在房屋結構設計中的應用

馬國強

【摘要】為了能在激烈的市場競爭中占有一席之地，建筑行業間逐漸轉變為在建筑質量與顧客滿意度上進行相應的優化與提升，通過提高企業施工質量，提高房屋建筑的性能與安全性，并在建筑外觀設計上進行更多的設計優化，以此，來為自身企業謀求在建筑行業內更加長遠的發展。文章就結構設計優化方法在房屋結構設計中的應用進行略述。

【關鍵詞】房屋結構設計；設計優化；應用

房屋設計的優化主要是針對在設計房屋的構造時合理設計建造設計的各個因素，是房屋建筑設計中的各個因素如經濟、實用、美觀、造價等方面得到協調。一方面，在進行優化設計時要合理考慮建筑的實用性的問題。使房屋中的各個方位的設計都能滿足人們的生活的需求，同時讓各個層面的設計都以方便于人、服務于人為目的，實現最大化的實用的特點。第二是在滿足人們的生活需求的同時也要把經濟和造價的因素考慮進去，合理進行建筑的造價設計，實現低價打造高質量建筑的要求。此外，在滿足實用性和經濟性的基礎上還要考慮到美觀的問題。即要有一定的觀賞性，滿足人們的心理和視覺的要求。

一、建筑結構設計優化方法的概述

建筑結構設計優化方法是從理論上和經驗上對建筑結構設計進行優化，以建筑結構設計優化的方法進行建筑結構的分析和認知，使建筑工程結構得到總體的優化，是建筑設計以及建筑工程分部得到結構優化和設計完善。對于建筑結構設計優化方法行業應該采取重視的態度，要控制建筑結構設計的重點環節，例如：應該盡量縮小質量中心和剛度中心的差異以及建筑的平面結構盡量對稱與規則，合格的建筑結構設計必須滿足這些基本的要求，這樣的建筑結構設計意圖才能夠通過優化的評定。此外，建筑結構設計優化方法要求在水平荷載作用下建筑物不會產生很大的扭轉效應。必須在滿足建筑相應的功能條件下，在豎直方向布置盡量讓豎直方向的相應的承重構件上下貫通。在結構設計中，為了減少結構設計與分析上的難度以及經濟性，我們應該盡量避免使用轉換層結構。對豎直方向的剛度也有著相應的要求，要求剛度的變化必須是漸變的而不是突變的，否則在剛度突變的地方會出現嚴重的應力集中，這不利于建筑結構抵抗水平方向的動力載荷作用。

二、建筑結構設計優化方法的重要價值

對建筑結構的設計進行必要的優化，在對于房屋結構相關的設計中的應用意義重大，不僅能夠滿足了建筑的實用與美觀，而且還可以有效地對工程造價進行控制。對于建筑商來說，其當然希望用最少的投資，而獲得最大的收益，然而又必須對建筑結構的科學性、可靠性以及安全性做出保證，這必然要求對結構設計進行優化。結構設計優化和傳統房屋結構設計進行比較我們可以發現：運用設計優化的技術能夠降低建筑的工程造價（6%一35%）。結構設計優化技術能夠使得建筑結構內部的每個單元都得到最佳的協調，并可以對材料的性能進行最合理的利用。這樣不僅能夠保證相關規定的安全系數，還能夠實現對建筑結構設計的經濟性與實用性。

三、房屋設計中建筑結構設計優化的步驟

（一）構造結構設計優化模型

構建結構設計優化的模型函數可以科學地估量房屋的造價，因此確定這個優化模型至關重要，一般是選用那些對最后的結果即整體的建筑設計影響很大的建筑設計的因素作為所建立的結構設計優化模型的自變量，選擇對建筑設計影響大的因素作為計算的自變量能夠使后續的分析的工作順利進行。在確立了自變量之后要進一步確定目標函數，目標函數一般選取的因素是最后的建筑設計的優化的表現即為最終的建筑造價。此外，構建這個函數需要滿足一定的限制的條件。在約定的條件下進行函數的運算。

（二）選定結構設計優化方案

上文構建的結構設計優化的模型函數是一個比較復雜的函數，它具有很多的不確定因素，因此在進行分析時也比較復雜，存在一些人工計算和分析比較困難的步驟。解決這種比較復雜的函數時可以使用計算機的方法來進行計算和統計，這樣得出的數據比較科學，同時，操作也比較簡單。

（三）進行計算機編程

雖然利用計算機來計算和分析結構設計優化的模型函數存在一定的優勢比如簡單易行，但是利用計算機來進行分析操作的同時要先做一個計算機的編程，建立好這個編程才能進行運算，進行建立計算機編程的操作也是需要一定的資費的，因此也要合理設計所建立的計算機編程，使其能夠合理計算并分析出函數模型的結果，此外，也要考慮到建立計算機的編程所需要的費用，合理運用經費，保證操作的合理性、科學性和經濟性。

（四）結果分析

在計算機計算出結果之后，要對其進行分析，從而選定合理的設計方案。在實際結構設計中，建筑結構設計要符合建筑的結構規范，設計人員應了解多方而的因素，從多個方而進行選擇，從而更好的完善結構設計，將建筑問題的難度降到最低，房屋結構優化設計的主要目標是降低施工企業的施工成本，并且不會影響施工的質量。在進行設計中，設計人員應注意經濟問題，然后處理好優化技術與經濟之間的矛盾。優化設計中，建筑結構的改變會影響到經濟與技術之間的關系，所以設計人員要對這些內容有一個明確的認識，理解經濟與優化方法之間的必然性，引用優化方法，降低施工的成本消耗。

（五）實例分析

在運用上述優化理論對某七層現澆寫字樓工程設計中，將建筑工程所處地區的水文地質、溫濕度、風向風速及降水量等因素進行了全面分析，并進行了結構優化工作。包括：第一，建筑基礎拉梁設計優化，針對高層較低設計較大基礎拉梁，保證建筑抗震結構及拉梁正負彎矩與建筑上部混凝土框架處于一致狀態；第二，基礎荷載設計優化，因該建筑層數不多，在進行優化時，只需考慮到風荷載問題；第三，框架結構設計優化，應用準則法，通過遞推公式，最終獲得優化結構；第四，計算周期設計優化，對建筑結構計算周期進行一定的折減.如填充墻砌體屬于輕質型，則折減系數控制在 0.7～0.8 范圍內；如填充墻砌體為重質型，則其折減系數控制在0.6～0.7 范圍內。

四、結構設計優化技術的實踐應用中要注意的問題

建筑結構的優化能夠帶來較人的經濟效益，所以設計人員要在設計，了解容易被忽視的問題，然后投入更多的關注。

（一）初期參與階段

房屋結構設計在優化的初期階段，其設計方案的內容，會影響到建筑的總投資情況，所以在進行方案設計中，要重點關注這些實用性問題和經濟性問題，并在實踐中，分析結構優化的方法能否真正發揮作用，起到節約建造成本的目的。這個階段容易出現建造成本浪費的現象，設計方案得不到良好的實施，所以設計人員要重視初期方案的實施情況。

（二）概念設計和細部結構設計優化階段

在進行房屋建筑結構設計中，設計人員應明確概念設計與實際情況之間的差別。一般情況下，概念設計都與實際想脫離，準確性較差。所以在進行概念設計中，要將數值應用到整體設計中，作為輔助依據。設計人員應把握整體的設計理念，然后確保細部工作設計無失誤，最后實現優化設計的效果。

結束語：

總之，房屋的建筑優化設計是一項復雜的設計工程，在進行設計的時候要綜合考慮諸多因素，建筑的方法、技術以及使用的方案都決定了最后的優化的程度，合理進行優化設計，使建筑的房屋符合經濟、實用、美觀等特點。綜合考慮各個因素，設計出函數模型，通過計算機的編程設計計算并選擇出最佳的方案。

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