建筑結構設計優化方法在房屋結構設計中的應用研究

薛 哲

（中恒工程設計研究院有限公司,四川 成都 610000）

0 引言

隨著近年來我國經濟的發展，人民群眾的生活水平也在不斷提高，而對于生活質量的要求自然也在隨著社會的發展和進步明顯增加。房屋建筑作為城市發展和人們生活的基礎性設施，人們對于它的要求不再單單是外形美觀或者居住舒適，而是要求其不但好看，更有安全、舒適、合理。一下筆者就建筑結構設計優化的概念、特點及其重要意義、建筑結構設計優化方法在房屋結構設計中的應用情況研究等相關問題進行就簡要分析，并提出了簡單建議。

1 建筑結構設計優化的概念、特點以及重要意義

所謂建筑結構設計優化，主要是指建筑在最初的設計之時，除了要保障房屋建筑等的施工安全性以及實用性，還要能夠在基本滿足人們最基本生活要求的同時，盡量保證房屋結構不僅美觀，還要合理、舒適，使得房屋建筑具有安全性、適用性、經濟性、科學性、美觀等的綜合性設計方案。一般建筑結構設計優化方法普遍具有以下幾個特點：

（1）建筑結構優化設計方法具有多樣性和綜合性的特點。

（2）建筑結構優化設計方法是與藝術等審美標準相融合的設計，直觀效果比較強。

（3）建筑結構優化設計的安全系數得到了整體的提高。

（4）建筑結構優化設計的適用性增強。

（5）建筑結構優化設計能夠體現當今時代的低碳要素，具有節能性和環保性。

（6）建筑結構優化設計的經濟化趨向愈來愈明顯。

（7）建筑結構優化設計在管理中更加簡易、方便、快捷。

（8）建筑結構優化設計具有科學性

（9）建筑結構優化設計具有明顯的創新意識、突破了傳統的設計形式。

建筑結構設計優化方法在房屋結構設計中的應用具有以下重要意義：

建筑結構優化設計方法在房屋結構設計的應用中，是以優化房屋的結構、保障房屋建筑的質量及其安全為目的的。根據近年來我國城市建筑的發展趨勢以及科學技術的發展情況來看，與傳統的房屋設計相比，經過優化設計的建筑所采取的設計理念以及設計技術更為先進和科學，能夠充分發揮房屋建筑建材的性能以及其設備的性能的優勢，成本支出也更為低廉，從而實現企業利益的最大化。除此之外，建筑結構優化設計方法應用于房屋結構設計中，能夠實現房屋建筑內部結構的協調和整合，有效提高房屋建筑的質量以及安全性。現代的建設結構優化設計方案和傳統的建設房屋比較，運用設計方法后的建筑可以降低工程的建設投入成本和投資，提高建筑結構的優化方法，可以節省建設材料的使用，充分利用建設材料[1]。

2 建筑結構設計優化方法在房屋結構設計中的應用研究[1-4]

2.1 創建建筑結構的優化模型

首先，在選擇相應的變量的時候，建筑結構設計優化方法能夠進行合理化以及科學化地選擇設計的變量。

在房屋建筑設計的時候，設計者主要是將那些對建筑本身結構造成影響的主要參數當做建筑設計時需要考慮的變量。比如：磚混結構進行方案設計時，這一結構的承重墻上要避免一些不利情況，諸如洞口較大或錯洞等。

其次，在對房屋建筑結構設計中進行結構優化設計的時候，必須擁有一組符合預定條件的，并且必須符合相應尺寸的鋼筋截面面積，以及那些已經失效了的概率函數，然后確定相應的目標函數，這樣就能夠在一定程度上使建筑工程的整體造價達到最少。

除此之外，對于房屋結構設計中的結構優化設計方法，必須要保證整個房屋建筑結構整體的可靠性以及安全性，科學、合理地確定與優化設計方面相關的約束條件。比如：房屋建筑墻面的裂縫的最大寬度限制、對于房屋建筑本身的強度約束、房屋建筑結構的各個尺寸大小的約束、結構內部構件的相關約束、結構整體體系相關約束等限制和約束條件。并針對這些約束條件對房屋結構進行科學、客觀、全面、合理地分析以及優化措施，保證房屋內部的每一個相關的約束條件都能夠滿足對于整個建筑工程的要求，從而使得房屋建筑的效果以及其設計達到最佳。

2.2 科學設定優化設計的相關方案

比如：黨房屋建筑內部的居民數量較多，人口較為密集的時候，為保證每戶居民的良好通風以及采光，就可以采用外伸翼塊的設計方案。

依據可靠度而開始進行房屋結構設計的優化通常都具有很多約束條件，有時會遇到非線性的相關優化問題。所以在相應的計算中，會進行相應的轉換，將有約束的優化轉化成無約束的優化，而相關的計算、方式有拉式乘子法等。房屋結構基于可靠度的優化設計問題屬于比較復雜的多變量、多約束非線性優化問題，在計算過程中，通常是將有約束優化問題轉化為無約束問題求解。可以利用的優化設計計算方法有復合形法、拉氏乘子法等[2]。

2.3 設計相關應用程序

依據可靠度而開始進行房屋結構設計的優化基本模型，以及在設計時運用的相應的計算方式，為了可以更好地實現其效果，能夠將這些編纂成一個運算速度較快而且功能全面的綜合性、科學性的應用程序。[3]如此一來，就能夠使得整個房屋建筑的結構設計在后期的施工階段做到更加全面、更加高效、更加安全地進行。比如在房屋設計的整體結構框架之中，電氣設計就是其中較為重要的部分，也是當前在傳統的房屋建筑結構設計中可能存在嚴重缺陷的問題。根據以往的設計方案，房屋結構所呈現出來的效果可能并不十分美觀，并且后期的安裝等工作也會有一定的難度。但是通過建筑結構設計的優化方法，就能夠實現房屋結構設計整體的合理性以及美觀感，同時還降低看后期施工的難度。如在電氣結構的優化安裝過程中，要做好電氣管線的安裝，工作人員需要對墻體等進行整體的設計，保證墻體所在的一面必須與梁體的一面平齊。這樣不僅能夠保證電氣設計的安全，還能夠使得房屋結構整體更為美觀。

2.4 綜合結果分析

在房屋建筑結構設計得出有效的計算結果之后，就應該對其進行全面的分析和比較工作，之后選擇一個折中的、效果最佳的設計方案。而在這一結構分析和比較的過程中，工作人員必須要對整個的結構設計的影響因素以及可能的結構進行全面的、多角度的考慮。使得房屋建筑最大程度地呈現美觀的藝術性，以及擁有安全性、舒適性和合理性。除此之外，該設計方案同樣能夠使得建筑企業在降低成本支出的同時，提升其技術含量。將不僅做到保證以及提升房屋建筑的功能，還要重技術、重經濟、設計創新、實用等落到實處。

3 結語

總而言之，隨著我國經濟的發展以及科學技術的進步，人們對于房屋建筑等基礎性設施的要求肯定會越來越高。各個建筑企業以及相關單位要科學、合理地將建筑結構設計的優化方法應用于房屋結構設計當中去，使得房屋結構不僅美觀，更要合理、安全、舒適。從而為人民群眾中的高檔生活提供更好的環境，為城市以及國家的發展建設做出貢獻。