試析建筑結構設計優化方法在房屋結構設計中的應用

張利軍

摘 要：隨著人們生活水平不斷提高，不僅對建筑實用性與安全性有所要求，而且對經濟性與外觀也有所要求。然而，在對建筑結構設計的時候，必須考慮到施工的方便性，以便快速完工。對于建筑結構設計進行必要的優化，不僅能獲得房屋結構的經濟性、安全性以及合理性，還能使建筑更加美觀。本文將對建筑結構設計優化方法在房屋結構中的應用進行相關的闡述，希望對建筑設計工作者具有一定的指導作用。

關鍵詞：建筑結構；設計；優化；作用

1 前言

社會經濟的發展，時代的進步，使建筑市場領域的競爭變得異常激烈。市場的激烈給企業以巨大的壓力，為了能在激烈的市場競爭中拔得頭籌，為了能使業主得到性能較好、安全性高、外觀美觀的房屋建筑，各企業必須對施工以及設計方面進行相應地深入性研究。在房屋建筑領域，結構上的投入是整體投入中較多的部分，所占比重相對較高。不斷地對結構設計進行優化可以使房屋質量安全得以保證，還能減少相應項目資金的投入，進而增加企業的經濟收入與相關收益。以下將對建筑結構設計相關的優化方式及其在房屋結構設計的具體應用進行系統性闡述，以供相關人士進行參考。

2 建筑結構設計優化方法的應用現狀

2.1 結構設計優化方式的理論

在建筑結構設計過程中，除了要考慮建筑結構的安全性、基本功能健全性等可靠性因素，我們還需要對其建筑本身的藝術美感進行考慮，這便是建筑結構設計優化的體現。對建筑結構進行設計時，在滿足基本設計要求的前提下，應盡可能減小建筑物的質量中心和剛度中心之間的差異，保持平面結構的規則以及對稱性性，以避免在水平荷載作用下建筑物產生較大的扭轉效應。與此同時，在進行豎向設計時，應盡可能保證其同方向的承重構件上下貫通，使豎向剛度不發生突變，否則一旦發生剛度突變，建筑物會在水平荷載作用下產生嚴重的應力集中現象，對抵抗水平方向的動力荷載作用大大減小。此外，為了降低結構設計和分析方面的難度，我們可以盡量減少使用轉換層結構[1]。總而言之，在建筑結構設計過程中具體問題具體分析，綜合多方面因素設計出最令人滿意的建筑體系。

2.2 化建筑結構設計方法的重要意義

在房屋建造過程中，充分考慮建筑結構的優化設計不僅可以提高建筑工程的施工質量，而且還可以提升一定的經濟效益和社會效益。我國一直倡導的是節能環保的可持續發展道路和發展理念。要想在市場競爭中獲取更多的市場份額，那么建筑企業在建設過程中，不僅要滿足房屋建筑的長遠利益，而且要盡可能的節省建設投入成本，減少建設優化設計的建設投資。

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，提高見著結構的優化方法，可以節省建設材料的使用，充分利用建設材料。隨著我國城市化水平的不斷加快，人們對建設結構的優化設計更加重視，對建筑工程的施工管理既可以增加建筑房屋的美感，又可以減少建筑的投資成本。建筑房屋的結構一旦得到優化，就可以使得房屋的各個單元和元素都可以實現有機結合，提高建筑工程的施工質量，而且也可以改善人們的生活環境和居住環境。

像我國傳統的建筑房屋可能比較注重的是建筑本身的安全性和經濟實用性，要保證建筑工程的工程質量，一般在建筑工程結構優化設計上做的還不夠，對建筑工程的成本控制還沒有很嚴格把控，工程的預期成本花費太高，且設計結構存在一定的缺陷，房屋的設計也不是非常美觀，這在很大程度上無法滿足人們對住房品質的追求和需求[2]。而目前將建筑結構優化設計方法應用到建筑住房工程上來，既可以把房屋的經濟實用性和房屋的美觀度結合起來，還可以起到一定的生態效益和審美價值，更可以降低施工工程建筑成本，節省建筑工程施工材料，保證建筑施工工程的安全質量，提高房屋整體的綜合效益和藝術性。

3 建筑結構優化方式在房屋建設應用上的具體步驟

3.1 創建建筑結構的優化模型

3.1.1 合理化、科學化選擇設計的變量

通常在對設計變量進行選擇時，我們把對建筑結構影響的主要參數作為設計變量。如目標控制的相關參數和約束控制相關參數等；然而還有一些影響不是太大，其變化范圍也不是很大或者由局部性以及結構的相關要求就能夠滿足相應的設計要求的一些參數，我們可以用預定參數來表示，這樣能夠使得我們的設計量、計算量以及編制程序的工作量均大大減小。

3.1.2 確定相應的目標函數

對建筑結構進行優化設計時，必須找到一組符合預定條件的相應尺寸的鋼筋截面面積，以及已經失效的概率函數，這樣能使建筑工程的整體造價達到最少。

3.1.3 科學化的確定約束條件

對于房屋的結構的設計優化來說，必須確保結構的可靠度，來對優化設計相關的約束條件進行相應的確定，設計優化的約束條件主要包括裂縫寬度約束、結構強度約束、尺寸約束、構件單元約束、應力約束、結構體系約束、從可靠指標約束到確定性約束條件以及從正常使用極限狀態下的彈性約束到最終極限狀態的彈塑性約束等約束條件[3]。在進行結構設計的時候，我們必須對目標約束條件與實際的約束條件進行相應的比較與分析，再確保每個約束條件都必須滿足相關要求，以實現最佳的設計。

3.2 對優化設計的計算方案進行設定

根據可靠度進行的房屋結構的優化設計具有多約束且非線性的優化問題以及復雜的多變量，在進行相應的分析計算中，一般把有約束的優化問題轉換成無約束優化問題的求解。常用的優化設計的計算方法有拉氏乘子法、復合形法、Powcll法等。

3.3 進行程序的相關設計

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。這樣能使整個優化設計更加全面地、有效率地進行實施[4]。

3.4 結果分析

我們必須對相應的計算結果進行必要的分析比較，然后選擇出最佳的設計方案。在這個過程中，我們考慮問題必須全面，并且要對問題進行多角度的考慮。這一步驟在建筑結構設計優化中尤其重要，合理的選擇設計方案，不僅能夠確保結構的美觀、安全性、合理性以及實用性，還能夠對施工中的資金的投入有著重大的影響。在結構設計優化中只強調經濟上的節約，而忽略技術上的相關要求，是不正確的。同樣只考慮技術上的要求，而不考慮經濟的要求，也是不合理的。我們必須對兩者進行合理的配置，才能達到相關要求。

4 結語

綜上所述，建筑結構設計方案的合理選擇，不僅可以使建筑結構設計達到應有的技術要求，還可以減少不必要的經濟損耗。建筑結構設計優化在房屋結構設計中是一個綜合性比較強且極為復雜的系統性問題，這需要我們對其進行深入研究。本人結合自身的工作經驗，闡述了建筑結構設計優化方法在房屋結構設計中的應用，希望此文對相關研究人員有所幫助。

參考文獻：

[1] 李丹丹.論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，2016（17）：123～124.

[2] 張云.房屋結構設計中的建筑結構設計優化方案探析[J].江西建材，2016（21）：60～61.

[3] 林震.建筑結構設計優化方法在房屋結構設計中的應用[J].住宅與房地產，2017（5）：113.

[4] 王鵬.建筑結構設計優化方法在房屋結構設計中的實際應用分析[J].中國建材科技，2014（4）：162～163.