探究現代房屋建筑結構設計優化方法

摘要：近十年來，隨著國民經濟的快速增長，我國的城市建設已日新月異。由于人們生活水平和對生活環境要求的提高，所以現代建筑的使用價值不僅要過硬，而且還得具備一定的藝術感。在現代房屋建筑結構設計中，安全、施工便利、經濟適、實用等是最為關鍵的幾個問題，本文結合作者近年工作實際，首先闡述了現代房屋結構優化設計的方式和重要意義，著重探討了結構設計優化方式在現代房屋建筑中應用，以達到充分了解現代房屋建筑結構設計的優化方法。

關鍵詞：房屋結構；優化設計；方法；應用研究

一、建筑結構設計的優化方式的理論體現

隨著人們對生活環境的要求越來越高，在現代建筑結構設計中，不僅要考慮其安全性及基本功能的健全性，好需要考慮到建筑本身的藝術感和美觀，這就需要充分體現結構的優化設計。從理論上對建筑結構設計的相關優化方式進行分析，我們可知，建筑結構的的設計優化方式在現實應用中，主要體現在房屋工程總體的優化還有房屋工程分層結構的優化上。對于建筑結構的整體設計，我們需要盡量減少質量中心和建筑剛度中心的相關性差異，而且建筑整體的平面結構要保持對稱性和規則性，但是這些結構設計的理念要基本上滿足建筑設計師的設計要求。在滿足建筑物本身的功能下，在垂直方向的設計要盡量讓同方向的相應承重構件達到上下相通；而且為了降低在結構設計上的難度，要盡量減少轉換層結構的使用。在垂直方向的設計上還得充分考慮剛度的相關要求，剛度的變化要保持簡便性而不是突變性，否則一旦出現剛度的突變會嚴重影響建筑結構在抵抗水平方向上的動力載荷作用。

二、房屋建筑領域結構設計優化方式的重要性

近年來，我國的建筑行業得到了長足的發展。目前，高層、超高層建筑如雨后春筍般涌現出來，在如何控制投資成本的情況下，還要保證建筑結構設計符合大眾要求成為相關工作人員及企業關注的問題。如果相關企業要想對房屋建筑的結構設計進行優化，設計方應該在保證質量合格的前提下，對設計方案進行系統化分析，應用先進的技術理念與設計觀念對工程建筑進行總體的管理，從而合理地控制建筑工程的造價問題。事實表明，如果設計者能將施工的技術與經濟效益做到緊密相連，規劃出科學的設計方案，就可以保證建筑企業獲得最大的經濟收益。因此，對建筑結構設計的科學優化能夠更加全面地發揮機械設備以及建筑材料的性能，與以往的設計相比較會更具有優勢。而且進行合理優化時能夠降低相應的造價投入，為企業的整體獲取更大化的利益。同時對結構進行優化還能將房屋結構的層次進行系統性的結合，加強房屋質量的提高，更大程度地保證居民的居住安全。由此看來，對建筑結構進行相應的優化是提高居民居住安全、為企業創造最大利益的重要方式之一。

三、建筑結構優化方式在房屋建設應用上的具體步驟

1.創建建筑結構的優化模型

（1）合理化、科學化選擇設計的變量

在現代建筑結構設計中，選擇變量的時候，通常將影響建筑自身結構的參數作為變量。例如嚴格控制目標的相關參數值（建筑損失的期望值c2、建筑結構造價值c1）、建筑約束控制的相關參數值（建筑結構的相對可靠度ps）等。對于一些影響并不是太大的、變化范圍很小或者由局部性相關要素就能滿足設計要求的一部分參數，我們一般是通過預定式參數進行表示，這樣一來就能減少我們相應的設計數量與計算數量，還可以相應的減少編程的工作量，進而提升工作效率。

（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。

2.科學設定優化設計的相關方案

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、powell 法等。

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。這樣能使整個優化設計更加全面地、有效率地進行實施。

4.綜合結果分析

在得出一定的計算結果之后要對其進行一個必要性的分析和比較，然后再折中選擇一個效果最佳的設計方案。在分析的過程中，我們務必要全面考慮相關的問題，而且對相應的問題要多角度分析。這一步在整個建筑結構優化設計中是至關重要的，選擇一個合理的設計方案能夠保證房屋建筑整體的美觀感、安全性以及實用合理性，同時還能影響工程整體施工的資金投入。

四、結構設計優化方式在房屋建筑領域的具體應用

1.房屋建筑的整體性與局部性優化

建筑在設計上都具備著相應的層次性和復雜性的特點。從層次性角度講，包含著建筑的整體設計體系、結構相關體系、安裝體系等，每一個單獨的體系又包含了眾多的下屬體系。在對房屋進行設計時，設計者要對每一個下屬系統地進行相應的優化，沖破關聯的橫向性，實現疊加型工程；對于復雜性來講，主要包含選取建筑的材料、選取建筑的零部件等。因此在進行結構優化時要從整體入手，才能真正實現整體的設計優化。

2.建筑壽命優化與階段性優化

在工程的使用年限內，對每一階段都要進行相應的方案優化。房屋的設計者要考察各個階段的特點，根據實際結果進行優化方式的確定，從而可以對工程的整體壽命進行科學的優化。這樣，既保證了建筑質量，又提高了建筑企業的經濟效益。

3.樁基礎的具體優化

建筑中的樁基礎能夠分為灌注樁和預制樁。灌注樁在整體施工時的質量較為難控制，而且操作的技巧復雜，時間還較長。因此在沉降符合標準的前提下，要加入預制樁的施工，從而減少相應的工序。而且要注意，在伴隨著樁基不斷加深，土壤本身對裝機的摩擦逐漸增大，務必要選擇較長的預制樁。

4.對建筑主體上部結構進行的科學性優化

房屋建筑的上部結構設計應當建立相應的模型并進行系統的優化。整個過程最先一步就應當合理地設置剪力墻，保證剪力墻整體的質量是均勻的，這樣能將樓層中平面剛度的中心點重合于樓層整體的結構重心，從而減少地震或者風力等對其的破壞性。在房屋建設時，如果條件允許，要盡可能地對剪力墻進行大開間的構造，加長剪力墻的墻肢長度，這樣就能減少墻肢的數量，還能在符合標準的基礎上減少混凝土的使用。另外，剪力墻里的暗柱是拿一般性鋼材鑄造而成，如果采用較大的剪力墻就可以減少相對的鋼筋使用數量，減少相應的成本。然而如果建筑的本身不具有相應的條件，而且對于抗震抗壓的要求較高，就不得構造過大的剪力墻。

結束語：

對房屋結構的設計進行優化有著最基本的目的，就是保證建筑本身的功能，提高建筑主體的質量，提升建筑的環保能力，增加建筑企業的經濟收益。如果要想達到這樣的一個目標，就需要房屋建筑的設計者積極提高自我的知識水平，要在原有的基礎上開拓創新，主動為人民居住的房屋提供安全性的保障。因此，筆者認為建筑結構的優化方式在整個房屋的結構設計中的應用是有著非常重要的地位的，是值得每個設計者深思的。

參考文獻：

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