房屋建筑結構設計中優化技術應用探討

黃志行 / 廣東城協建筑規劃設計院有限公司清遠分院

房屋建筑結構設計中優化技術應用探討

黃志行 / 廣東城協建筑規劃設計院有限公司清遠分院

本文從房屋建筑結構設計中優化技術應用的作用入手，探討了房屋建筑結構設計中優化技術的應用，最后通過工程案例進一步說明了房屋建筑結構設計中優化技術應用應注意的問題及其應用效果。

房屋建筑；結構設計；優化技術；防震；概念設計

一、房屋建筑結構設計中優化技術應用的作用

（一）房屋建筑結構優化目的

降低工程造價、提高建筑結構的經濟性是房屋建筑結構優化的主要目的。通過優化技術的應用，可節約大約達 25%成本，從而深入挖掘建筑資源的利用率，提高建筑企業的經濟效益，保證其可持續性發展。傳統的建筑結構設計理念已很難滿足嚴峻的市場形勢，在房屋結構設計中應用優化方法，能充分挖掘材料性能，提高材料利用率，將安全、功能、經濟、美觀相統一，從而實現房屋建筑的綜合效益。因此，建筑結構設計優化方法在房屋結構設計中的運用是十分必要而現實的。

（二）結構設計優化技術的作用

1、提升建筑的安全性

在房屋建筑結構設計優化過程中，需要確保結構的整體性與安全性，這是最為重要的一項原則。基于此，為了有效提升建筑結構設計質量，必須優化工程原有設計方案，并且還要及時修整、修改方案中存在的缺陷與不足，以有效規避結構受力不合理等問題的發生。

2、減低工程造價

在進行房屋建筑結構設計工作時，不僅需要確保建筑整體質量，還要重視建筑結構施工成本，以實現建筑質量與成本的最優化目標，確保施工企業經濟效益。基于我國某些數據可以發現，結構設計優化之后的建筑設計方案能夠降低大約 10～30%的成本。此外，對建筑結構進行優化設計之后，不僅能夠有效提升其結構的經濟性，還可充分發揮建筑原材料性能，降低建筑施工成本。

二、房屋建筑結構設計中優化技術的應用

（一）建筑結構設計優化

1、選擇參數變量

在房屋建筑結構設計中，為了確保自身設計思想的科學性，設計人員為通常會大量獲取與工程相關的參數，并將其作為變量。例如，常見的建筑工程目標參數包括房屋價格參數、預期出現的損失參數等，在優化設計環節中，設計人員需要充分分析可能出現的參數變化對整個工程的影響，再加上程度的復雜性，影響了正常的工程進度。此情況下，在優化分析環節中，如果設計人員能選擇變幅較小的參數或影響因素較少的參數作為設計指標，則建筑結構設計、編程等工作的難度會明顯降低，設計人員也能快速找到目標點展開設計。

2、確定函數

在進行房屋建筑結構設計優化工作時，設計人員往往會在諸多相似的函數中獲取目標函數，例如在鋼結構施工中，設計人員通常會選擇事先所設定好的房屋橫截面尺寸與鋼筋尺寸面積最符合的函數，并在對該組函數的性質進行細致分析的基礎上，嚴格控制鋼結構項目的施工成本。

3、條件衡量

通常情況下，在進行房屋建筑結構設計時，為了確保房屋建筑結構的耐久性與穩定性，在設計過程中，通常需要對房屋尺寸、結構剛性、架構穩定性等諸多因素對房屋的影響進行充分的考慮，并且還需要依據諸多設計要求，對施工條件進行準確的衡量，之后還要比較分析施工中的約束性條件與目標，確保設計環節指標能夠滿足質量控制規范要求，實現優化設計目的。

（二）加強房屋建筑防震安全結構設計

通常情況下，在房屋建筑結構設計過程中，安全是一項最為基礎的要求，并且還是衡量建筑物整體質量的重要指標之一。在房屋日常使用過程中，往往會遇到諸多不可抗拒的外力因素，特別是沒有規律可循的地震，針對此，在進行房屋建筑結構設計時，需要對其涉及的多方面因素進行充分的考慮，特別是地震荷載作用，要進行重點分析與研究，并且還要采取合理的措施，提升建筑設計或是構造等層面的抗震性能。

當前，我國建筑物結構抗震設計具有一些較為有效的設計方案，例如確保建筑物結構的對稱性，此情況下，建筑物荷載承受維持均勻狀態，延性較大，結構危險截面相對較少，或者是采用延性建筑房屋結構，又或者是應用多道設防理念，即為通過次要構件對主要構件進行保護，以滿足建筑結構抗震性能要求等。

（三）房屋基礎地基優化設計

在房屋建筑結構設計過程中，房屋地基具有十分重要的作用，為了確保結構優化設計，首先需要確保房屋建筑地基結構設計的最優規劃。近年來，隨著建筑行業的迅速發展，房屋地基設計由于建筑成品性能、具體形態間的差異，對地基具體標準要求也存在強弱差異。這就要求在進行房屋建筑基礎地基設計時，依據建筑物實際情況，對地基實際勘測計劃進行合理的制定。此外，在房屋建筑結構優化設計過程中，還要嚴格遵循節省工程造價的原則，如果地基設計基礎主要為地樁，此時應當依據建筑物實際受力情況，充分的、仔細的考察不同材質的地樁，并通過對比，選用最佳的設計方案。

（四）概念設計優化技術的應用

對于優化技術在房屋建筑結構設計中的應用，應對計算機設計與人工設計進行有效的融合，而不是一味的依賴計算機設計軟件，從而充分發揮概念設計優化技術在建筑物中的效果與作用。同時，在進行建筑物各類建材的優化選擇時，還應當對各類材料的缺陷與優勢進行充分的考慮，并且以人工方式進行選擇。在結構設計參數方面，設計人員應當依據項目設計標準進行優化利用，而非一味的依賴計算機分析，這主要是因為計算機雖然能夠對各類數據進行相應的計算設計，但卻無法依據建筑物實際需求設計出完全滿足項目具體要求的結構設計方案，這就要求對計算機進行合理的應用，并且還要將計算機技術與項目實際情況進行合理的、有效的結合。此外，對于由計算機技術設計的建筑物最終設計方案，建筑結構設計人員還需要對其進行仔細的分析與適當的改進，以實現合理運用概念設計優化技術與計算機技術的目的。

三、實際工程案例分析

（一）工程概況

該工程項目為普通的商業樓，地上建筑6層，地下1層，整體結構形式為鋼結構框架剪力墻。在建筑項目建設初期階段，通過綜合考慮從施工現場的實際條件與業主要求，決定對整個工程項目進行結構優化設計，并且在優化工程中積極采取計算機技術，以確保各項優化措施的順利開展。

（二）前期參與

在該項目建設過程中，設計人員在整個工程前期階段就積極實施了工程優化內容，并且在依據項目具體要求與施工條件的基礎上，對整體建筑結構形式進行了科學的選用，最大限度的實現了施工經濟化目的。此外，在該項目建設過程中，設計人員重視自身與一線生產人員之間的交流，充分考慮一線人員對建筑結構優化的建議，確保各項結構優化措施能順利進行落實。

（三）概念分析

通過對該房屋建筑項目結構布局形式進行綜合的考慮之后，在進行優化設計工作時，對結構優化設計與內部結構、概念設計進行了有機的結合，也就是在設計環節中，根據建筑既有的內部結構，提出了多種概念，并將其貫穿于整個項目的始終。例如在建筑抗震性能分析中，如果單方面依據數據公式進行計算，則計算結構不一定能夠真實反映建筑整體性能，而在概念設計思想的指導下，設計人員會將公式計算結果作為一種概念，然后根據這種概念逐步把握建筑抗震設計細節，從而實現提高建筑設計質量的目的。

（四）效益分析

在該項目結構設計中，通過優化技術的應用，其整體性能得到了有效的改善，且其工程造價比預期降低了 23.9%，由此可以看出，在該項目工程中，優化技術獲得了良好的應用效果。

四、結語

綜上，結構設計優化技術在房屋建筑結構設計中的應用，有效降低房屋建筑的工程造價，合理利用建筑施工材料，合理協調建筑內部結構，滿足人們對于房屋建筑的需求，大大提升房屋建筑的經濟效益。

[1]李銳. 建筑結構設計優化對工程造價影響研究[J].長江大學學報(自科版). 2013(22).

[2]何鴻敏. 建筑結構設計優化探析[J]. 數字化用戶. 2013(09).