建筑結構設計優化方法在房屋結構設計中的應用

龍昌會

（銅仁市工程設計質量監督站 貴州銅仁　554300）

建筑結構設計優化方法在房屋結構設計中的應用

龍昌會

（銅仁市工程設計質量監督站 貴州銅仁554300）

主要討論了建筑結構設計優化方法在房屋結構設計中的應用情況，以求為房屋結構設計提供理論指導。先從結構優化設計模型、結構計算方法兩方面入手，對建筑結構設計優化的相關內容進行簡單闡述；再結合房屋結構設計的相關內容，對建筑結構設計優化方法在房屋結構設計中的應用情況進行分析。對相關工作人員而言，為能進一步提升房屋結構設計能力，需要在正確認識到建筑結構設計內容的基礎上，實現房屋結構設計與建筑接受優化的結合，為提高房屋結構設計質量奠定基礎。

建筑結構；房屋結構設計；應用

隨著人們生活水平不斷提高，居民對生活質量提出更高的要求，在房屋建設中，不僅要求房屋能滿足其生存、生活的需求，還應具備一定的經濟性與美觀性。但在房屋結構設計中，設計人員出于對施工便利性的考慮，通常會適當簡化建筑結構，保證能在規定時間內完工。因此，在房屋結構設計過程中，應該采取相應的優化方法，在滿足人們經濟性、實用性要求同時，使建筑更加美觀。本文將以此為背景，對建筑結構優化方法在房屋結構設計中的應用情況進行簡單分析。

1　結構設計優化的基本方法

所謂結構設計優化，就是在建筑設計的過程中，采用科學、先進的理念，不斷剔除多余功能，使建筑在各方面都能達到最好的功能效果。在現階段的建筑結構設計優化的過程中，需要將整體結構設計作為重點，并重視房屋屋頂、細節結構、外圍等內容的設計，使建筑結構更具有合理性。

1.1結構優化設計

在結構優化設計過程中，主要是在眾多變量中得到最優化參數，并建立相應的結構模型。一般情況下，結構優化設計的基本流程如圖1所示。

圖1　建筑結構優化的基本流程圖

其中，在變量選擇中，主要確定具有重要影響的數據，并將其稱之為變量，其包括影響該工程控制級約束參數的相關要素，包括房屋價格要素、預期損失要素等。在工作中，工作人員主要通過合理控制參數變化幅度，保證整個工程質量控制都處在合理范圍內，進一步減少建筑結構設計中出現的圖紙計算、編程管理等工作的難度，為工作人員快速確定與設計目標相一致的數據奠定基礎。在確定函數過程中，工作人員通常將整個工程項目設為多個函數，通過不同函數項目的組合來達到質量控制的目的。例如，設計人員會根據房屋橫截面尺寸、鋼筋數據等函數，選擇與本次工程質量控制相符合的函數組合，再通過分析函數性質，最終達到降低房屋價格的目的。在條件衡量中，設計人員主要根據結構的基本特點（包括房屋結構耐用性、結構整體穩定性等），確定房屋設計過程中的約束條件，最終制定工程多個施工項目的基本參數。在設計工作中，設計人員需要以房屋建筑工程的實際情況進行分析，在充分認識到各種約束條件的影響下，不斷優化各項條件，確保相關結構的合理性。

1.2計算方法

在房屋結構設計中，會涉及到大量計算過程中，同時，在建筑結構設計優化的背景下，這些計算過程會更加復雜。這就要求工作人員在數據演算過程中，充分認識到約束問題中不附帶約束條件的問題，保證能在較短時間內得到計算結果。

一般在計算過程中，主要采用復合形法來求解最優化問題，該算法能有效解決約束化問題，且對目標函數的需求不苛刻。以標準施工環境為例，在確定復合點點數目時，點數k的取值范圍為（n+1）≤k≤2n，其中，n代表設計變量的個數，設計人員就是通過不斷減少計算量，積極需求一種最優化解法。

2　建筑結構優化設計方法的實際應用分析

（1）合理確定變量

在選擇變量之前，設計人員需要充分認識到影響建筑結構整體質量的相關因素，并將建筑本身結構作為重要參數。例如，部分設計人員在設計過程中，會嚴格控制目標的內在參數（主要指建筑損失期望值、建筑結構造價值等）；在建筑約束參數設計過程中，通常會將建筑結構的相對可靠度作為重要數據；在處理一些對建筑結構影響不大，或變化范圍較小的參數時，通常會通過預定式參數進行表達。經過上述處理，能有效減少計算量，提高工作效率。

（2）確定目標函數

在建立建筑結構優化模型的過程中，需要找到能滿足預定條件的相關要求，并統計相關項目中已經失效的概率函數，通過在函數選擇中積極剔除已經失效的概率函數，最終確定目標函數。

（3）明確本次工程中的約束條件

根據具有較高實用性的房屋結構設計內容優化模型，并結合上文中提到的復合形法解決問題，使其能成為一個工作效率高、性能全面的應用程序，保證整個優化設計能全面有效的實施。

（4）綜合結果分析

魯迅生平展覽廳中，陳列了很多魯迅的名言。比如：“當我沉默著的時候，我覺得充實；我將開口，同時感到空虛。——但我坦然，欣然。我將大笑，我將歌唱。”再如：“我又經驗了一回同一戰陣中的伙伴還是會這么變化，并且落得一個作家的頭銜，依然在沙漠中走來走去。——只因為成了游勇，布不成陣了，所以技術雖然比先前好一些，思路也似乎較無拘束，而戰斗的意氣卻冷得不少。新的戰友在哪里呢？我想，這是很不好的。”

在獲得計算結果后，將計算結果與工程中一個重要的項目進行比較與分析，最終折中選取最佳的設計方案。在該步驟處理中，其對整個建筑結構優化設計的影響十分明顯，設計人員一直主張以具有良好實用性的設計來保證建筑具有美觀感與經濟性，并適當影響工程資金。

同時在設計過程中，不能因為節約經濟成本而忽視對建筑技術的要求，而是要以一種更加全面有效的方法分析房屋結構設計流程，保證結構設計能達到預期目標。

2.2確定優化內容

（1）房屋整體結構優化

在房屋整體結構優化的過程中，應該將整個房屋優化過程確立為一個整體，并建立與之相適應的數學模型。在優化過程中，工作人員可以將影響結構質量的相關因素作為設計變量元素，一般情況下，這些元素主要包括：結構造價因素、結構安全性因素、應力約束與彈性約束因素等。同時，還應該建立房屋的整體模型，通過嚴格控制相關參數，并確定房屋結構設計約束條件，得到最優化的計算結構。這種方法科學、簡單，并且運算效率更高。但需要注意的是，在房屋整日結構優化中，可能會涉及到大量的運算，這就需要工作人員能根據優化結構模式，在充分分析其他計算方法的基礎上，對這些計算公式進行確認，并找出其中的不完善之處，保證整體結構具有完整性。

（2）房屋分布結構優化設計

在房屋分布結構設計優化中，其重點處理房屋結構中的荷載、鋼筋混凝土等基本結構，并對這些結構進行優化處理，確保其能滿足質量控制的要求。例如，在房屋基礎拉梁結構，工作人員需要考慮結構的設計高度、層數等，并以此為基礎預判其抗震性與穩固性。之后，對基礎樁基與基礎拉墻的配筋比例進行確定，保證樁基與拉梁基礎基本一致。最后，要充分認識到施工土地周圍的地質情況、氣候條件等。

從當前房屋的基本結構形式來看，在設計建造房屋的鋼筋混凝土和剪力墻結構時，準則方法的設計步驟是經常會被采用的步驟。對結構整體受力和部件受力狀況進行預先演算，通過核定其單元截面上的受力優化來不斷推進，從而得出結構上的整體優化。通過這種方法，設計師能夠在其輔助下找出最合適、最低以及最安全穩定的結構設計。

（3）建筑主體上部結構優化

在房屋建筑上部結構優化過程中，應建立適當的模型，并以模型為基礎開展系統性優化。整個優化過程的第一步，就是保證整個所設置的剪切墻合理，且整個墻體質量均勻，保證整個樓層中平片剛度的中心點能與樓層墻體結構中心相重合，進而降低地震等對建筑的影響。在施工過程中，若施工條件允許，可以對剪力墻實現大開間構造，通過進一步加強剪力墻墻肢長度，減少墻肢數量，也能有效降低混凝土的使用數量。

（4）建筑結構優化協調

在建筑結構設計過程中，要保證建筑整體結構能與整體平面緊密的聯系在一起，保證建筑本身美觀，且結構合理。在建筑系統設計中，要盡量保證系統結構嫁接，且墻體與支柱不能出現錯位現象，并保證高度與截面面積相同。在樓體設計中，對于自身受力結構較多的區域，應選擇高強建材為承重材料，進而有效減低自重。

3　結束語

主要討論了建筑結構設計優化方法在房屋結構設計中的應用情況。對相關工作人員而言，在房屋結構設計優化的過程中，需要正確認識到建筑結構設計優化的基本方法，并在充分認知不同房屋結構設計整體要求的基礎上，對其做適當的優化處理，確保其具有良好的應用價值，最終提高房屋質量，滿足人們日益增長的需求。

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TU318

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1673-0038（2015）20-0025-02

2015-4-28