建筑結構設計優化方法在房屋結構設計中的運用分析

摘要：伴隨著不斷提升的社會生活和發展，人們開始對建筑的實用、美觀、經濟和安全性有更高的標準，房屋建筑構造直接影響房屋的使用功能，所以設計實現優化就非常關鍵。建設建筑的同時建筑構造方面投入資金比較大，為了降低這部分投入需要持續進行結構設計優化，保證建筑質量安全的基礎上，實現建筑設計規劃，將建設方案擬定，科學安排施工工程，將總體構造施工控制，保證企業經濟效益增長。

關鍵詞：建筑結構設計；房屋結構；設計優化

1 建筑結構優化方法在房屋建筑中的重要性

從我國目前的形勢和發展趨勢來看，近期住房建設主要用于高層住宅或超高層住宅?；谶@一客觀現實，如何盡可能減少投資資金，確保建筑結構設計符合時代發展的需要，已成為眾多建筑企業和投資者日益關注的問題。

為了優化房屋結構，施工人員必須以確保建筑質量和安全為前提和基礎，認真分析設計方案的細節，采用更先進的設計理念和技術來控制成本該項目。根據相關數據，與沒有設計優化的建筑相比，在房屋結構設計優化后，成本可降低8%-22%。但是，在實際操作過程中，由于各種條件的制約，要真正開展，我們需要面對很多困難，也不能充分發揮其優勢。

優化建筑結構的設計之后，工程造價的資金投入便能得到有效地降低，從而讓企業能夠贏得更高的經濟效益。此外，優化建筑結構的設計之后，可以實現房屋結構中各個單元的有機整合，從而提升了建筑的質量，對人們的居住安全給予了重要保障。因此，要想對房屋結構具有更強的適用性與更好的經濟性，優化房屋的結構設計，是一條行之有效且非常重要的途徑。

2 結構設計優化方法

根據設計要求，將力學概念和結構優化設計有機地結合起來，使計算中涉及的數量部分出現在變量部分，然后利用數學方法形成結構設計優化方案域，找到最優結構優化設計方案，可以滿足領域的要求。因此，結構優化設計不僅可以提高整體設計水量和設計質量，還可以降低整體工程造價，提高經濟效益和社會效益。住宅工程子結構的優化設計包括基本結構方案的優化設計，屋面系統方案，圍護結構方案和結構細節設計。上述方面的優化設計還包括選擇，布局，應力分析，成本分析等。在實施過程中，不僅要從實際原則出發，還要結合具體項目的實際情況，圍繞住房建設綜合經濟效益的目標進行結構優化設計。在滿足設計要求后，應盡量減小剛度和質心之間的差異，以便制定布局規則。水平荷載不會使建筑物有太大的扭轉作用，為降低應力集中，豎直方向上應避開使用轉換層。

結構優化設計的本質以力學理論和數學規劃理論為理論基礎，以計算機技術為工具，對建筑結構涉及到的各個變量進行尋找優化決策的先進的設計方法，其本質就是求極值問題。（1）優化數學模型。建立正確合理的優化數學模型是結構優化設計的關鍵步驟，基于正確的優化數學模型是得到正確優化結果的基礎。例如，在優化模型中，數學模型中的等式約束個數應當小于設計變量的個數，這樣才能求得最優解。（2）優化數學算法和優化迭代控制。對于建立的優化數學模型，雖然可用的優化算法有多種，但是采用不同的優化算法所得到的優化效果和所花費的求解時間會有差別。所以，快速、有效的數學優化算法也是結構優化設計的一項關鍵技術。（3）結構分析方法。絕大多數的結構優化設計問題難以采用解析法求解，而是采用數值法的方法。數值解的尋優實際上是一個優化迭代過程，而每次優化迭代都需要進行結構分析。實現以上提到的關鍵技術需要經過建立可靠的優化模型，然后采用適當的優化算法進行求解。這其中選擇計算簡便且正確率高的優化算法顯得尤為重要。

3 結構設計優化技術的實踐應用

建筑結構優化設計方法在建筑結構設計中的合理應用，不僅達到了降低成本的目的，而且達到了建筑結構更合理的初衷，有利于經濟效益和社會效益的結合，滿足人們居住的多方面要求，達到最優的設計理念。

3.1 建筑地基的結構設計優化

加強結構設計優化方法在建筑結構設計中的應用，希望能夠設計出更加以人為本的科學的住房結構。建筑的基礎是整體結構的關鍵部分，也是優化設計的關鍵部分，只有完成基礎的結構設計才能實現優化設計，才能保證后續施工設計的優化。根據建筑物的總體規劃和服務功能的不同，基礎施工優化的方法也不同。結合實際建筑物的特點，精確測量地形數據，優化時，首先考慮建筑物的穩定性作為前提，其次考慮項目的成本，最后得到最優方案。

3.2 砌體結構的設計優化

磚砌體在房屋建筑結構中主要擔負著抵抗側向位移和承重的作用，它的布置方式較為多變，卻并不適宜在躍層結構或表現出過大的受力結構中。通常應該對其進行以下方面的優化：優化平立面結構，保證建筑形體的規則性；抗側力構件平面布置宜規則對稱；側向剛度沿豎向宜均勻變化。縱向抗震墻體在建筑整體中，必須保證有三條以上，合理規劃門窗的開口規格，一般要將寬度控制在2m或2m以下，這樣的設計有利于增加建筑結構的穩固性。

3.3 剪力墻的設計優化

連梁是剪力墻優化設計中最重要的環節。如果連接梁的切割程度增加，則建筑結構的地震作用將增加，同時，連接梁和壁肢的內力分布將大大增加。因此，這里的部件的加強構造應適度增加，從而避免不必要地浪費建筑材料。在建筑結構設計中，不應選擇大剛度窗下的墻作為連梁的設計，應該是將耦合梁設計成具有較小剛度和橫截面的弱耦合梁。在滿足結構剛度和變形程度要求的條件下，應考慮經濟和變形能力，合理安排構件。一般來說，設計的剪力墻越多，建筑結構的橫向阻力越大，從而減少了建筑結構的位移，但導致地震力的增加?；谏鲜隹紤]，在剪力墻設計中必須掌握對稱性，分散性和均勻性的基本概念，剪力墻的數量必須通過水平位移的極限準水平控制。

3.4 房屋建筑結構細部設計優化

為了優化建筑結構的設計，我們不僅要注重整體設計，還要注意每個細節結構構件的設計。例如，在現澆樓板的設計中，為了消除角裂縫和均勻的結構應力，必須將異形板分成矩形板。對于建筑物結構底部的框架抗震墻，加固配置通常較大。如果采用冷軋帶肋鋼筋進行材料選擇，可以適當減少加固配置，更便于施工，達到控制工程造價的目的。

4 結語

將建筑結構優化方法應用于房屋結構設計中，能夠實現提高建筑結構的經濟性、降低工程總造價的目標。選擇科學合理的建筑材料，將優化設計方法運用到前期設計、建筑地基設計、節能指標選擇等諸多環節，不僅能節約建筑工程成本，而且還能使建筑物實現美觀性與功能性的統一，實現更好的經濟和社會效益，更加符合科學發展觀和可持續發展理念的要求。

參考文獻

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作者簡介：李勇（1988.12.01），男，漢族，陜西省西安市，長安大學土木工程本科，建筑工程（結構）專業助理工程師。

（作者單位：西部機場集團置業（西安）有限公司）