建筑結構設計優化方法在房屋結構設計中的應用

唐加鎮

【摘要】要讓建筑體的結構設計不斷實現優化，需要從設計過程的各個階段有所考慮。前期的方案設計中應當更好的讓一些優化的設計方法與設計理念得以滲透，隨后的細節處理中同樣需要對于一些細部做相關的設計與完善。此外，地基的選型與設計是結構設計中的重要組成，本文對此進行了分析研究。

【關鍵詞】建筑結構；設計；優化方法；房屋結構；設計；應用

建筑體的結構設計不僅會直接決定整個建筑的安全性與穩定性，優化的結構設計方案與結構設計理念同樣能夠在保障建筑體的基本性能的同時更好的讓建筑體實現其經濟效益。這也是對于優化的建筑結構設計方法不斷展開探究的原因所在。

一、結構設計優化方法

完美的建筑是在滿足人們使用功能及視覺感受的前提下，充分滿足使用者和社會所期望的各種要求。依據設計的要求，把力學概念與結構優化設計進行有機結合，讓參與計算的量部分可以以變量部分出現，進而形成結構設計優化方案域，運用數學手段，在域中找到可以滿足要求的結構優化最佳設計方案。

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。

二、民用建筑結構設計和經濟性的關系

1. 結構設計與用地的關系

結構設計的優化方法必須遵循相關的經濟性原則，這也是探討民用建筑結構設計和經濟性間的關系的必要性所在。首先，結構設計和建筑用地間有著非常直接的聯系。一方面，建筑用地的選取將會直接決定后期所采取的一些結構設計的方案以及需要的建筑用材，這些都會直接和建筑的建造成本掛鉤。另一方面，隨著現在民用建筑的高度不斷增加，對于那些高層建筑如何有效的控制其穩定性與抗震性，這是結構設計中需要著重考慮的一點。高層建筑雖說能夠一定程度減少用地面積，但是建造的成本會更高，如何做好這兩個方面的平衡，這是結構設計優化時需要著重考慮的問題。

2. 結構設計和造價的關系

結構設計和整個建筑體的造價間的聯系是十分緊密的，這也是一個重要的討論點。對于那些追求造型新穎、結構設計有所創新的建筑體，其建造成本必然會更高，建造的難度也會更大。這會使得項目在單位面積上投入的成本更大。如何處理好這種造價與設計間的平衡，這是結構設計優化中需要有所考慮的問題。

3. 高層住宅結構設計和經濟性的關系

現在的住宅普遍朝著層高越來越高的方向發展，這確實能夠提高單位土地的利用效率，但是高層建筑在結構設計上也提出了更高的要求。高層建筑不僅需要在地基上做特殊處理，對于建筑體的墻體面積和柱體面積也會顯著上升，這會直接提升整個建筑體的負重，對于建筑體的抗震性與穩定性都會提出更高的要求，也會讓建筑自身的建造成本直線上升。如何處理好高層住宅的結構設計與經濟性間的平衡，這也是結構設計優化中需要處理的一個問題。

三、結構設計優化方法探究

1. 前期方案設計階段

前期的方案設計是建筑體整體的結構設計輪廓得以落實的階段，這個時期的結構設計中就能夠讓一些優化的設計方法與設計理念很好的得以滲透。一方面，可以綜合衡量建筑體對于經濟性與穩定性的追求，盡可能的平衡兩者間的關系，這不僅能夠減少不必要的建筑成本，也能夠為建筑體的安全性與穩定性提供保障。另一方面，對于一些設計重點與設計難點要逐一攻破，要借助先進的模型進行全面的數據分析，最后確立一套最為合理可行的結構設計方案。

2. 細部結構設計優化

當結構設計的整體方案得到落實后，隨后仍然會需要對于一些細部做相關的設計與完善，這一階段的結構設計中仍然有很多值得優化的地方。很多結構設計的不合理都是體現在細節的疏忽上，因此，設計人員應當不放過對于每一個細節的處理，要讓每一個方面都有充分的考慮，并且有最為合適的結構設計。只有將每一個細節都處理的更好，建筑體的整體結構設計質量才能夠有本質上的提升，這也是結構設計優化的一個重要途徑。

3. 地基設計的優化

地基的選型與設計是結構設計中的重要組成，這也是結構設計中具備很大完善與優化空間的一個領域。隨著高層建筑的不斷增多，各種造型新穎獨特的建筑體的不斷出現，這些建筑在打造的過程中對于結構設計都提出了更高的要求，尤其是對于地基的選型與設計提出了更為苛刻的要求。地基的設計是保障建筑體的抗震性與穩定性的基石，因此，在這方面進行設計時一定要更為優化。合適的穩固的地基才能夠為建筑體提供更為安全穩定的建造與使用環境。

結 語：想要讓建筑體的結構設計不斷實現優化，這需要從設計過程的各個階段有所考慮。前期的方案設計中應當更好的讓一些優化的設計方法與設計理念得以滲透，隨后的細節處理中同樣需要對于一些細部做相關的設計與完善。此外，地基的選型與設計是結構設計中的重要組成，這也是結構設計中具備很大完善與優化空間的一個領域。

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