結構設計優化技術在房屋結構設計中的應用

云南省曲靖市師宗縣建筑工程勘察設計室 云南曲靖 655700

摘要：隨著我國經濟發展水平的不斷提高，建筑行業得到了顯著發展，房屋結構設計也在不斷進步，極大推動了我國房屋建筑行業的發展與優化。結構優化是房屋結構設計中的重要內容，關系到房屋結構設計的質量，本文將對結構設計優化在房屋結構設計中的應用進行分析，從而表現結構設計優化的重要性。

關鍵詞：房屋設計；結構優化；建筑工程

房屋結構設計是房屋建設項目的重要內容，設計優化將決定著后期施工的質量與穩定，一般都通過精確的計算將房屋設計方案確定下來。房屋結構設計不僅能夠將房屋建筑穩定性提升，還能增強耐用性與美觀性。由此，將結構優化技術應用到房屋結構設計中是一項重要內容，下面將對相關內容具體分析。

一、房屋結構設計優化概述

（一）房屋結構設計方法內涵

要想使建筑施工更加方便、高效就要做好建筑結構設計優化，能夠將建筑藝術性與美學特征有效結合起來，進而體現房屋功能與建設內涵的一種設計方式，在前期設計當中，能夠不斷優化與選擇方案，最終得到舒適安全的房屋建筑，兼顧質量與美觀。

（二）結構設計優化特征

結構設計方法具有廣泛性，涉及的領域較廣；結構設計優化具有較強的美觀性與實用性；結構設計優化注重實用；結構設計優化能體現環保與節能，與可持續發展理念相契合；結構設計優化具有較強的科學性與技術性；設計師在確保建筑質量的同時，也要不斷嘗試新的樣式，進而使結構設計優化具有創新性。

二、房屋結構設計優化在房屋結構設計中應用的必要性

注重質量安全與舒適性是傳統建筑結構設計遵循的原則，但如果不能控制好建筑造價，將使建筑成本增加，影響到建筑單位收益，一般都會將設計階段造價控制在4%～7%左右，并且很多缺陷也將出現在設計中，影響到建筑結構美觀性與實用性，樣式不夠新穎，不具有吸引性，難于滿足居住者的需求[1]。而在房屋結構設計中應用現代化的結構設計優化方法則能體現出經濟性與實用性，達到藝術與功用的統一，有效整合經濟價值與生態價值，使建筑施工材料達到優化使用與節省，使房屋結構穩定性與使用壽命延長，綜合效益得以體現。此外，使用結構設計優化方法還能夠使成本得到節約，節省至5%～30%左右，真正實現資源的優化配置與利用，體現社會效益與經濟效益。

三、房屋結構設計優化在房屋結構設計中需要注意的內容

即使建筑結構設計優化方法具有顯著特征，優勢較多，但依然要將質量優化與控制作為首要任務，不能過分追求經濟效益而出現偷工減料、縮短工期等情況。即使得到了優化的設計方案，但質量卻得不到保證，最終使業主利益受損。這是結構優化設計應用到房屋結構設計中需要注意的問題。此外，要結合實際施工情況與標準對設計方案進行優化，使各項數據、信息更加準確[2]。

四、房屋結構設計優化在房屋結構設計中的應用方法

（一）房屋整體設計優化

使用結構設計優化方法要先對結構進行計算與分析，構建出結構立體優化模型，最后對結構進行科學分析。具體步驟如下：

首先，將設計變量擬定出來，設計變量對建設設計有著重要參考價值，是一個重要參數值，并能影響到預定參數，進而將設計工作量降低。其次，要對優化目標函數進行擬定；將模型約束條件確定下來。約束條件分為四個，分別是應力約束、變形約束、裂縫約束以及彈性約束。在使用優化方法時，需要構建出一個穩定性的優化變量，非線性優化方法應用較多，能夠使計算更加方便，實現約束條件的轉化，使用Powell、拉式乘法對約束條件進行計算。最后，對模型優化并擬建，進而將模型參數求解出來，能夠及時發現模型中存在的問題，加深優化處理，使房屋結構質量提升[3]。

（二）房屋建筑分部結構設計與優化

1、建筑基礎拉梁設計優化

為使建筑抗震效果增強，減少外界環境影響，可以將短柱形式作為建筑基礎設計。將建筑相鄰的短柱距離進行控制，1/10為兩個相鄰短柱到中心基礎拉梁的截面高度。建筑施工中，為使建筑高度得到控制，當高度過低時，要將使用的鋼筋適當減少，這樣能夠使建筑抗震性能得以增強，為使拉梁彎矩與混凝土框架結構達到一致，可將基礎梁設計為最大值[4]。

房屋結構設計中，連續梁的設計也是重點內容，按照單梁方法對連續梁進行設計較為常見，在建筑陽臺邊梁設計中更為普遍，鑒于陽臺承受的荷載小，為使計算更方便，會使用連續單梁設計法，將房屋結構耐受性與穩定性降低，還會造成端柱與邊梁伸縮性能降低，收縮應力加大，梁的承載力降低。為此，要使用科學方法對連續梁進行設計，對連續梁支座上部負筋配置進行優化，減少按照單梁設計方法設計，使房屋結構穩定性增強[5]。

2、基礎設計荷載設計優化

如果建筑樓層低，不需要反復對建筑基礎抗震性進行核驗，只需校驗一次就可以。鋼筋混凝土框架結構是建筑主要結構類型，在優化設計時，要控制好風荷載，防止荷載較大影響結構穩定性。如果樓層低于8層，則符合總高度控制指標，如果關鍵受力部位不在軟性粘質土層當中，可將抗震能力檢驗步驟省去。

3、鋼筋混凝土框架結構設計

建筑結構的鋼筋混凝土框架優化是一項重要內容，是關鍵的設計優化部位，鑒于結構是鋼筋混凝土框架，并且鋼筋混凝土框架優化過程中要先對風載荷進行考慮，要使用準則法優化結構。將有限單元法應用在已知的結構截面中，分析整體結構的受力情況，再通過分解結構實現對每一個單元結構的優化，使用公式將結構參數推導出來，計算出最終的框架優化等級。需要結合不同材質墻面選擇不同的設計優化方法，輕質墻體可使用建筑結構周期設計優化方法，建筑結構使用年限與設計周期限度一致，折減系數為0.6～0.9，將建筑結構計算周期與折減系數相乘，最終得出折減計算結果[6]。

4、概念設計

概念設計就是在充分考慮各種影響因素以后，結合建筑結構性能對房屋使用性能進行全面增強，減少設計疏漏的過程。為使房屋結構更加穩定，減少自然災害的破壞，就要使材料剛度達到均勻標準，使用延性設計，減緩地震損害。

概念設計要點與中性思想是特定的空間，可以使用整體概念制定總體設計方案，處理結構、結構與構件、結構與結構之間的關系。在相同設計方案中，建筑結構組成會出現變化，即使結構設計已經確定，但在分析方法上存在不同。可以使用計算機技術處理這些問題，對結構規律進行判斷，總結工程經驗，最終得到設計優化結果，這就是概念設計思想。

結語：

總之，結構設計優化技術是一個不斷進步與發展的技術，在房屋結構設計中應用能夠體現建筑經濟性與美觀性，進而滿足居住者的需求，提升居住者的生活舒適性與安全性，還能將施工單位造價成本降低，獲得經濟效益與社會效益。

參考文獻：

[1]陳家華.關于結構設計優化技術在廠房結構設計中的應用探析[J].價值工程，2014（17）：92-92，93.

[2]辛海虹.結構設計優化技術與其在房屋結構設計中的應用[J].價值工程，2010，29（27）：121-121.

[3]陳亞杰.結構設計優化技術及其在建筑結構設計中的應用[J].城市建設理論研究（電子版），2015（17）：963-964.

[4]曹同德.結構設計優化技術及其在建筑結構設計中的應用[J].建筑工程技術與設計，2015（14）：419-419.

[5]劉曉軍.關于結構設計優化技術在廠房結構設計中的應用探析[J].城市建設理論研究（電子版），2015（8）：3343-3343.

[6]馬秀林.淺析結構設計優化技術與其在房屋結構設計中的應用[J].城市建設理論研究（電子版），2015（19）：5848-5849.