建筑結構設計優化方法在房屋結構設計中的應用

何文斌

摘 要：建筑結構設計過程中，既要充分考慮安全可靠性以、功能健全性，又要考慮建筑的美感及其藝術性，這就要求對結構設計進行優化。實踐中我們可以看到，建筑結構設計優化，主要體現在房屋結構總體優化、分層結構優化層面上。文章將對此進行分析，并在此基礎上談一下個人的觀點和認識，僅供參考。

關鍵詞：建筑結構設計；房屋結構設計；優化方法；應用

中圖分類號：TU318 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2016）17-0048-01

通過對建筑結構設計進行優化，可以有效發揮現有設備、建材性能，較之于傳統設計，有其自身的優勢。在合理優化過程中，應當適當的降低造價，為建筑企業獲得更多的利益。同時，還有對結構優化，將房屋結構層次系統化結合在一起，提高房屋質量，確保業主的安全、舒適。

1 建筑結構優化步驟分析

1.1 構建優化模型

第一，科學合理地選擇設計變量。在變量選擇過程選擇，我們應當將影響建筑結構的關鍵性參數視為變量。比如，對建筑損失期望值、結構造價值以及相對可靠性等進行嚴格控制，這些既是目標參數值，又是建筑約束控制的參數值。對于那些影響并不大、變化范圍非常小的要素，即可滿足部分設計參數；實踐中，采用預定式參數表示，以此來減少設計、計算數量，減少編程過程中的工作量，并以此來提升工作效率。

第二，目標函數的確定。優化設計建筑結構時，應當找到符合預定尺寸和條件的鋼筋截面面積、已失效的概率函數，通過該種方式可以減少建筑工程整體施工建設造價。

第三，約束條件確定的科學化。建筑結構優化設計時，應當確保該結構的整體安全可靠性，科學地確定、優化設計約束條件。其中，約束條件是指建筑結構裂縫寬度、建筑結構強度、尺寸大小以及構件和結構體系等約束條件。在建筑結構設計時，應當對目標性質、實際性質等約束條件科學化的對比和分析，要確保相關約束條件均可有效滿足建筑工程整體施工建設要求，實現設計最優化。

1.2 科學設定以及優化設計方案

基于可靠度對房屋結構進行設計優化時，一般會遇到較多的約束條件和限制性因素，有時可能會遇到一些非線性優化問題。從這一點來看，在實際計算過程中，會出現相應轉換，將原本存在約束的優化逐漸轉變成無約束優化。在此過程中，采用計算方法有、powell法、拉式乘子法等。同時，還要對相關應用程序進行設計，即根據實際可靠度進行結構設計優化模型，在設計過程中利用相應計算方法，為的是獲得更好的效果。采用該種方式，可以使優化設計更加的全面、高效。

1.3 綜合分析結果

在得出計算結果以后，應當對比分析其必要性，并在此基礎再折中選擇最佳良好的額設計方案。具體分析實踐中，我們應當全面考慮可能存在的和隱患，選擇科學合理的設計方案可以確保房屋工程施工建設質量和美觀度、安全性、實用性，與該建筑工程整體施工過程中的資金投入，關系密切。建筑結構優化過程中，不能一味地強調節約，還有考慮建筑技術方面的要求；也不能只是強調技術要求，而不考慮經濟節約。無論那種行為，單一考慮一個方面，是不合理的，甚至會嚴重影響整個建筑施工質量及其經濟和社會效益的實現。

2 建筑結構設計優化在房建工程中的應用

房建工程施工建設過程中，尤其是結構設計優化時，其主要的目標就是要確保結構的功能及施工質量，并在此基礎上實現建筑工程建設的經濟效益，基于此，我們應當在建筑設計過程中，不斷提高專業技術和能力，引用先進的技術手段，合理設計方案，并對建筑結構進行優化設計，以此來建造實用、安全而又經濟的房屋結構。

2.1 建筑結構的局部與整體優化

任何建筑工程設計時，都會面臨復雜性以及層次性。對于復雜性而言，其又包括建筑結構零部件選取、建材采購以及結構類型確定等方面的內容；關于層次性，其涉及到諸多方面的內容，而且結構也表現出較大的復雜性特點。比如，設計、施工以及結構設計等方面的內容，每一個體系中又分別包含了很多個下屬的項目。在現代房建工程項目設計實踐中，設計人員應當立足實際，不斷優化和創新各下屬系統，最大限度地沖破布局之間的傳統格局。在任何房屋工程建設過程中，結構優化的著力點、核心在于整體而非某一個局部位置，只有這樣進行優化和創新，才能滿足設計要求。

2.2 主體結構優化設計

在建筑工程上部位置相關結構進行設計實踐中，應當進行建模，并優化整體系統。在該過程中，最主要的就是合理設計剪力墻，并確保剪力墻工程均勻可靠性。通過將樓層平面剛度中心點、結構重心結合（或者重合）在一起，目的在于減少風力或者地震等災害造成的影響。在房建工程建設時，條件允許的情況下，應當最大限度地對剪力墻采取大開間構造模式，對剪力墻墻肢的長度進行加長，以此來減少墻肢，并且在標準要求下減少混凝土用量。同時，剪力墻暗柱設計時，利用的是普通類型的鋼材，如果剪力墻相對較大，則鋼筋的用量就會隨之減少，降低成本。實踐中可以看到，若建筑結構自身條件不具備，而且具有較高的抗震抗壓要求，則剪力墻構件不得太大。

2.3 樁基礎的設計

在實踐中，結合業主提供的地質報告，從本工程項目的實際考慮，樁基礎優選鉆孔灌注，而且樁基包括抗拔樁以及承壓樁兩種形式；實踐中，為了能夠有效節約樁基成本，對柱下負荷情況預測和估計，然后基于業主的地質報告，我們可以提前對樁基礎的靜荷載做試驗和評估，從而準確地確定所用抗拔樁、承壓樁力等。在某房間工程項目的地下室埋深相對較深、地下水比較豐富時，建議布設相應的抗拔樁。在設計建筑結構時，對抗拔樁承載力分析和估算，此時應當先結合土層參數，確定抗拔樁承載力，進而根據這一特征值，對抗拔樁鋼筋量進行計算，以確保其能夠滿足承載力規范，實現經濟效益。通過分析靜載試驗數據可知，上述設計的抗拔樁承載力，可以有效的滿足要求。這也說明，通過提前分析和實驗樁基靜荷載，不僅能夠確保工程項目在規定的工期內完成建設任務，而且還能夠有效的節約樁基量，對于降低建設成本，具有一定的益處。

2.4 做好與排水工程的協調工作

一般來說，有排水系統的區域通常要放置較多的相互設備和工具部件，實踐中如果荷載的強度較大，則需將放置排水系統的區域安排在地下室內，并對管道的預留深度等進行嚴格控制，必須符合國家及行業標準，對樓板鉆空位置要特別注意進行加固處理。與此同時，還要對水平方向的管線進行控制，尤其要注意水平管線必須始終貫穿于整個梁、柱。建筑結果優化設計時，如果因不可抗力或者非人為因素而導致管道貫穿承重墻，那么應當對其進行重點加固處理；從整個建筑工程結構體系上來講，管道網通結構布局一定要合理、協調性，而且還有避免出現繞梁或者嚴重的繞柱現象。

2.5 做好與電氣工程的協調工作

建筑結構設計事，應當注意與電氣管線工程的相互協調和配合，若導線在管道中沿著墻以及樓板暗裝，則可能會對預制結構產生不同影響或者的損害。基于此，確保梁寬、墻厚之間盡可能的保持一致；如果不能保持一致，則墻的一側必須與梁側面平齊，確保穿梁管線密封在其中；應當對其單獨的進行計算，并確定強度。

3 結 語

總而言之，通過建筑結構設計優化，不僅可以有效降低預算成本和工程造價，而且還可以滿足建筑的功能要求。在此過程中，需要強調的是經濟收益、建筑質量應當兼顧，在建筑結構設計優化過程中，既要實現經濟效益的最大化，又要強化結構設計的技術性。

參考文獻：

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[2] 張愛霞，周世忠.建筑結構設計的優化方法及應用分析[J].低碳世界， 2016，（3）.