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试析建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的应用

作者：张利军

来源：《装饰装修天地》2018年第03期

摘 要：随着人们生活水平不断提高，不仅对建筑实用性与安全性有所要求，而且对经济性与外观也有所要求。然而，在对建筑结构设计的时候，必须考虑到施工的方便性，以便快速完工。对于建筑结构设计进行必要的优化，不仅能获得房屋结构的经济性、安全性以及合理性，还能使建筑更加美观。本文将对建筑结构设计优化方法在房屋结构中的应用进行相关的阐述，希望对建筑设计工作者具有一定的指导作用。 关键词：建筑结构；设计；优化；作用 1 前言

社会经济的发展，时代的进步，使建筑市场领域的竞争变得异常激烈。市场的激烈给企业以巨大的压力，为了能在激烈的市场竞争中拔得头筹，为了能使业主得到性能较好、安全性高、外观美观的房屋建筑，各企业必须对施工以及设计方面进行相应地深入性研究。在房屋建筑领域，结构上的投入是整体投入中较多的部分，所占比重相对较高。不断地对结构设计进行优化可以使房屋质量安全得以保证，还能减少相应项目资金的投入，进而增加企业的经济收入与相关收益。以下将对建筑结构设计相关的优化方式及其在房屋结构设计的具体应用进行系统性阐述，以供相关人士进行参考。 2 建筑结构设计优化方法的应用现状 2.1 结构设计优化方式的理论

在建筑结构设计过程中，除了要考虑建筑结构的安全性、基本功能健全性等可靠性因素，我们还需要对其建筑本身的艺术美感进行考虑，这便是建筑结构设计优化的体现。对建筑结构进行设计时，在满足基本设计要求的前提下，应尽可能减小建筑物的质量中心和刚度中心之间的差异，保持平面结构的规则以及对称性性，以避免在水平荷载作用下建筑物产生较大的扭转效应。与此同时，在进行竖向设计时，应尽可能保证其同方向的承重构件上下贯通，使竖向刚度不发生突变，否则一旦发生刚度突变，建筑物会在水平荷载作用下产生严重的应力集中现象，对抵抗水平方向的动力荷载作用大大减小。此外，为了降低结构设计和分析方面的难度，我们可以尽量减少使用转换层结构[1]。总而言之，在建筑结构设计过程中具体问题具体分析，综合多方面因素设计出最令人满意的建筑体系。 2.2 化建筑结构设计方法的重要意义

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在房屋建造过程中，充分考虑建筑结构的优化设计不仅可以提高建筑工程的施工质量，而且还可以提升一定的经济效益和社会效益。我国一直倡导的是节能环保的可持续发展道路和发展理念。要想在市场竞争中获取更多的市场份额，那么建筑企业在建设过程中，不仅要满足房屋建筑的长远利益，而且要尽可能的节省建设投入成本，减少建设优化设计的建设投资。 现代的建设结构优化设计方案和传统的建设房屋比较，运用设计方法后的建筑可以降低工程的建设投入成本和投资，提高见着结构的优化方法，可以节省建设材料的使用，充分利用建设材料。随着我国城市化水平的不断加快，人们对建设结构的优化设计更加重视，对建筑工程的施工管理既可以增加建筑房屋的美感，又可以减少建筑的投资成本。建筑房屋的结构一旦得到优化，就可以使得房屋的各个单元和元素都可以实现有机结合，提高建筑工程的施工质量，而且也可以改善人们的生活环境和居住环境。

像我国传统的建筑房屋可能比较注重的是建筑本身的安全性和经济实用性，要保证建筑工程的工程质量，一般在建筑工程结构优化设计上做的还不够，对建筑工程的成本控制还没有很严格把控，工程的预期成本花费太高，且设计结构存在一定的缺陷，房屋的设计也不是非常美观，这在很大程度上无法满足人们对住房品质的追求和需求[2]。而目前将建筑结构优化设计方法应用到建筑住房工程上来，既可以把房屋的经济实用性和房屋的美观度结合起来，还可以起到一定的生态效益和审美价值，更可以降低施工工程建筑成本，节省建筑工程施工材料，保证建筑施工工程的安全质量，提高房屋整体的综合效益和艺术性。 3 建筑结构优化方式在房屋建设应用上的具体步骤 3.1 创建建筑结构的优化模型 3.1.1 合理化、科学化选择设计的变量

通常在对设计变量进行选择时，我们把对建筑结构影响的主要参数作为设计变量。如目标控制的相关参数和约束控制相关参数等；然而还有一些影响不是太大，其变化范围也不是很大或者由局部性以及结构的相关要求就能够满足相应的设计要求的一些参数，我们可以用预定参数来表示，这样能够使得我们的设计量、计算量以及编制程序的工作量均大大减小。 3.1.2 确定相应的目标函数

对建筑结构进行优化设计时，必须找到一组符合预定条件的相应尺寸的钢筋截面面积，以及已经失效的概率函数，这样能使建筑工程的整体造价达到最少。 3.1.3 科学化的确定约束条件

对于房屋的结构的设计优化来说，必须确保结构的可靠度，来对优化设计相关的约束条件进行相应的确定，设计优化的约束条件主要包括裂缝宽度约束、结构强度约束、尺寸约束、构件单元约束、应力约束、结构体系约束、从可靠指标约束到确定性约束条件以及从正常使用极

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限状态下的弹性约束到最终极限状态的弹塑性约束等约束条件[3]。在进行结构设计的时候，我们必须对目标约束条件与实际的约束条件进行相应的比较与分析，再确保每个约束条件都必须满足相关要求，以实现最佳的设计。 3.2 对优化设计的计算方案进行设定

根据可靠度进行的房屋结构的优化设计具有多约束且非线性的优化问题以及复杂的多变量，在进行相应的分析计算中，一般把有约束的优化问题转换成无约束优化问题的求解。常用的优化设计的计算方法有拉氏乘子法、复合形法、Powcll法等。 3.3 进行程序的相关设计

依据可靠度而开始进行房屋结构设计的优化基本模型，以及在设计时运用的相应的计算方式，为了可以更好地实现其效果，能够将这些编纂成一个运算速度较快而且功能全面的综合性、科学性的应用程序。这样能使整个优化设计更加全面地、有效率地进行实施[4]。 3.4 结果分析

我们必须对相应的计算结果进行必要的分析比较，然后选择出最佳的设计方案。在这个过程中，我们考虑问题必须全面，并且要对问题进行多角度的考虑。这一步骤在建筑结构设计优化中尤其重要，合理的选择设计方案，不仅能够确保结构的美观、安全性、合理性以及实用性，还能够对施工中的资金的投入有着重大的影响。在结构设计优化中只强调经济上的节约，而忽略技术上的相关要求，是不正确的。同样只考虑技术上的要求，而不考虑经济的要求，也是不合理的。我们必须对两者进行合理的配置，才能达到相关要求。 4 结语

综上所述，建筑结构设计方案的合理选择，不仅可以使建筑结构设计达到应有的技术要求，还可以减少不必要的经济损耗。建筑结构设计优化在房屋结构设计中是一个综合性比较强且极为复杂的系统性问题，这需要我们对其进行深入研究。本人结合自身的工作经验，阐述了建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的应用，希望此文对相关研究人员有所帮助。 参考文献：

[1] 李丹丹.论建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的应用[J].建材与装饰，2016（17）：123～124.

[2] 张云.房屋结构设计中的建筑结构设计优化方案探析[J].江西建材，2016（21）：60～61. [3] 林震.建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的应用[J].住宅与房地产，2017（5）：113.