結構設計優化方法在房屋建筑結構設計中的應用

趙端

（太原理工大學建筑設計研究院 山西省太原市 030024）

自改革開放以來，我國社會經濟發展迅速，市場競爭日趨激烈，建筑行業作為事關國民經濟的核心型產業，是關系到國計民生的重要問題。就目前來看，人們對建筑物的要求不僅體現在建筑物質量及穩定性上，建筑物的美觀及結構也是其關注的重點，且是衡量整體實力的關鍵指標[1]。因此，對于我國建筑業來說，為了提升自身的核心競爭力，需要對房屋結構深入研究，探索出科學的設計方法，對其質量結構進行不斷優化，在對建筑物穩定性進行保證的基礎上，保證建筑物的美觀度。

1 房屋建筑結構設計優化方法淺析

1.1 概況分析

結構設計優化指的是對房屋建筑材料自身的性能充分發揮，從而實現各構件及各環節的相互配合，對結構設計進行優化，可以實現房屋建筑結構的良好優化。相較于以往開展的結果設計，結構設計優化不僅可保證結構的安全，還能將價值學及審美學的相關觀點融入其中，對結構設計水平不斷提高，使得房屋建筑的整體性得到保證[2]。

1.2 要點分析

①對房屋建筑結構設計進行協調。結構設計優化需要建筑工程各環節的協作開展，是一項復雜的系統工程。針對房屋建筑結構設計，需要對房屋建筑的美觀度進行提高。而結構設計就是針對房屋建筑結構而開展合理設計的一種方法。兩者之間相互配合，相互合作，從而對建筑工程造價進行降低，使得房屋的實用性及經濟效益進行提高，最終實現結構的合理化設計。②遵循結構設計各項規范。結構設計優化工作的開展需要有經濟豐富且專業水平高的技術設計人員來進行，在結構設計過程中也需要對結構設計各項規范完全遵循。但是，需要注意的是，結構設計規范是針對所有建筑過程，因而一些規范并不適用所有建筑工程，其安全性也不太高。因此，在對房屋建筑結構開展結構設計工作時，在對結構設計規范嚴格遵守的條件下，還應結合房屋建筑的實際情況，做到具體問題具體分析，正確判斷房屋建筑結構設計形勢，對房屋結構設計進行優化，進而使得結構設計質量及經濟效益都得以提高。

1.3 重要性分析

在房屋結構設計中應用建筑結構設計優化方法可以實現物美價廉的作用，不但可以保證房屋建筑的美觀度，還能有效節省工程造價。對于建筑商來說，都希望在對建筑結構長遠效益進行滿足的前提下，最大程度對建筑結構所需要花費的投資額進行減少，并對建筑物的結構科學性進行保證。只有這樣，才能實現建筑物的可持續發展，實現企業長遠效益。而與傳統的房屋結構設計工作相比，利用設計優化方法可以降低建筑物施工造價15%左右。實現房屋結構優化設計的技術性，可以最大程度發揮出材料的性能，且更好地協調建筑結構內部單元，使得建筑物的安全性也得到滿足。同時，優化技術還能為建筑整體方案設計出有效的途徑。可以看出，優化技術是實現建筑物設計經濟、安全的有效方式。

2 建筑結構優化設計的具體步驟

2.1 建立結構優化模型

在建筑工程施工中，工程設計人員在開展結構優化設計時需要事前建立優化模型，并設計好結構優化方案。在建立建筑結構優化設計模型時，設計人員應對其中涉及到的主要設計參數進行明確，之后根據數據分析結構構建相應的函數模型。利用科學方法，計算出優化結構。在建立結構優化模型時，主要步驟如下：①選取合理設計變量，進而對模型構建更好完善。在選取變量時，要注意其可能對房屋結構產生的影響，區分好參數重要性，保證設計工作的合理性，減少工程涉及到的計算量。②需要對目標函數進行確定。設計人員應對函數優化條件事先滿足，之后對這種約束條件可能產生的效果進行分析。設計人員在優化結構時，需要對這些約束條件進行分析，對裂縫寬度、強度都充分保證。

2.2 設計計算方案及程序

設計人員在進行結構優化設計時應注意對計算方案進行優化。在這過程中，計算方案中涉及較多的變量及約束條件。因此設計人員計算時應對這些約束條件充分了解，之后合理分析，在考慮工程變量基礎上，科學運用數學計算方案，之后再開展優化設計。在建立模型及確定相應設計方案后，設計人員需要根據方案制定出詳細程序，將變量錄入計算機后，之后會涉及到設計變動問題。這時就需要改寫基礎結構，將變動后的程序錄入計算機。計算機只需要有相應的編程數據，就會得出相應結果。

2.3 結果分析

當計算機得出編程結果后，需要對其詳細分析，進而選擇出最合適的設計方案。在實際開展的結構設計工作中，建筑結構設計需要與建筑結構規范相符合，設計人員也應充分了解多方因素，從多方面選擇，進而對結構設計更好完善，充分降低建筑難度。房屋結構優化設計的目標就是對施工企業的施工成本進行降低，且不會對施工質量產生影響。在設計過程中，設計人員應充分考慮建筑經濟性問題，之后對技術與經濟性之間產生的矛盾合理解決。

3 結構設計優化方法在房屋建筑結構設計中的實際應用

3.1 局部或整體優化

結構設計優化較為復雜，且設計時具有層次性特點，因此在設計過程中應對建筑安裝體系充分考慮。結構相關體系及整體設計中又會延伸出若干個體系，設計人員在對房屋進行設計時需要對下屬系統進行優化，沖破橫向關聯性，實現疊加工程的具體效果。而在復雜性上，設計工作涉及到零部件選擇、材料選擇等問題，需要從建筑整體入手，實現建筑物的設計優化。

3.2 階段性優化、樁基礎優化

設計人員按照節段的不同特點及工程實際情況，對優化方式進行確定，開展階段性優化，對建筑整體壽命進行延長。在對建筑質量進行保證時，還應考慮到增加經濟效益的問題。預制樁與灌注樁都是建筑樁基礎，在整體施工中，灌注樁涉及到的操作技巧十分復雜，對質量難以很好控制，耗費時間較長，因此在符合沉降標準條件下，應充分結合預制樁施工，簡化工序。

3.3 協調建筑優化與結構優化

在結構優化設計過程中，需要對建筑物整體平面與結構之間的配合進行保證。建筑物施工需要實現簡潔性的建筑系統，支柱與墻體要良好對接，截面面積與高度都要保持相同。在對樓體進行設計時，由于轉角區域自身承受力的作用較多，因此需要將承重材料轉變為高強材料，實現對自重的降低。保證建筑物整體的重心、剛心與質心的良好交疊，防止出現扭轉。

4 結語

總的來說，在社會經濟快速發展的大背景下，在建筑業中應用建筑結構設計優化方法是大勢所趨。它可在對房屋安全性及實用性進行保證的前提下，使得建筑物的美觀度大大提升，減少原材料的使用數量，進而提高建筑企業的經濟效益。因此，設計人員需要采取有效對策，在房屋建筑中合理利用結構設計方法，保證建筑整體性能。

[1]范國興.建筑結構設計優化方法在房屋結構設計中的應用研究[J].雞西大學學報，2014，1408：23～25.

[2]唐益林.建筑結構設計優化方法在房屋結構設計中的應用[J].建材與裝飾，2017，01：93～94.