房屋建筑結構優化設計研究

文/ 佀建 北京柯德普建筑設計顧問有限公司 北京 100087

房屋建筑結構優化設計研究

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隨著經濟發展和人民生活水平的提高，房屋建筑設計越來越注重其經濟性、耐久性、安全性及美觀性等各方面的綜合優化。同時由于建筑行業的競爭日趨激烈，建筑企業也在對房屋的結構設計進行優化和改善。本文通過對結構設計優化方法進行分析，研究其在房屋結構設計中實際應用的具體方法。

房屋建筑結構；優化設計；安全

隨著人們物質條件的不斷豐富，相應的其生活品位也在不斷提高，對于房屋住宅的要求不再局限于過去的實用性，而是更多的關注房屋住宅的安全舒適以及時尚美觀等。通過將結構設計優化方法應用于房屋結構的優化，可以保證整體建筑結構的科學合理，保證建筑功能的完整有效，在符合購房者要求的同時提高企業的整體效益，實現互惠共贏。

1、結構設計優化的定義及要求

優化技術的應用可使房屋建筑結構設計更加科學和先進。結構設計優化，是通過充分發揮結構體系的受力特性及建筑材料本身特點，以實現結構構件與各項環節設計的相互配合，優化結構設計，達到建筑結構的全面優化，對實際工程中的建筑結構進行全面的研究，使建筑的總體結構以及建筑各個分部銜接得到完善以及優化。在進行建筑結構的優化時應當盡量的減少建筑剛度與建筑質量的中心差異，盡量保持建筑物整體結構的規則以及其對稱型，以保證結構設計可以通過相應的評審。在進行結構優化時，必須考慮工程施工的難度以及建筑項目的經濟效益，對于需要耗費大量人力物力的投入才能完成的結構化應當盡量避免。

2、房屋建筑結構優化設計的意義

結構設計優化具有傳統結構設計的安全性能，同時還具有審美和實用的特點，降低建筑成本，協調建筑的完整性，并使其具有較高的經濟效益。結構設計優化目的在于使房屋建筑的設計方案、設計決策更為科學性，提高建筑安全性和抗震性的要求，有效地達到房屋建筑的安全實用、經濟美觀效果，提高房屋建筑結構的設計水平。要想對房屋結構進行優化，施工人員就要在保證建筑質量安全的基礎上對設計方案進行深入分析，采用先進的設計理念和技術手段，對工程的造價進行合理控制。將建筑結構優化的方法應用于房屋住宅的結構優化，可以在一定程度上使房屋能夠更受人們歡迎，在購房者進行選購時，能夠具備一定的優勢。

3、結構設計優化方法在房屋結構中的應用

結構設計作為建筑設計工作的重點，主要包括對建筑基礎的結構優化、對建筑頂部結構優化、對建筑周邊護欄的優化以及對于建筑物其他各部分的局部優化等等。

3.1優化房屋結構模型

通過建立房結構模型，可以將其中對結構優化具有一定影響的參數和變量提取出來，并通過這些數據建立初步的優化模型，依靠科學合理的計算，從而制定出房屋住宅結構設計的最佳優化方案。(1)變量的選擇。通常來講，設計者的變量選擇范圍很廣，只要參考數據對方案起重要作用，都能作為變量以供設計者選用。設計人員最終設計方案中起決定性作用的參數主要包括房屋價格、預期產生的損失參數或房屋構架性能參數等。如考慮因素變化幅度較小，則建筑結構設計、編程以及計算難度就會降低。(2)函數的確定。設計者要在多組相似函數中，選擇符合事先設定的房屋截面尺寸和鋼筋尺寸面積的那一組函數，且分析這組函數的性質，從而最大限度降低投資成本。(3)條件的衡量。在進行房屋結構優化過程中，需要充分考慮房屋的耐用性和穩定性。在實際設計過程中，設計者應嚴格遵守各項規定，確保各種條件均能符合相關規定要求，以便實現設計結果最優。

3.2設定優化設計計算方案

在建筑結構優化中，很多約束條件和變量參數都會對優化過程產生影響。在房屋結構設計過程中會遇到很多計算程序，房屋結構的優化設計是運用數學方法對所有結構重新計算以達到最優結果，所以在進行計算的時候應該把所有的約束條件都轉化成非約束條件，確保優化過程順利完成，同時，要全面地考慮到變量的因素，運用科學合理的計算方法進行建筑結構的優化設計工作。

3.3程序設計

程序設計就是在設計優化計算好方案的基礎上，進行程序的編寫，將程序導入計算機中，在后期的計算過程中只需要將相關的數據輸入系統中，通過計算機計算就能夠更加直觀的得出結果。

3.4結果分析

結果分析時結構優化設計的重要一步，對計算機結算出來的數據要進行詳細的分析，才能夠根據數據給出的信息確定優化設計的最佳方案。在進行結構優化設計的時候，要全方面地考慮到各種阻礙因素，在分析結論過程中需要征求各方意見，平衡各方利益，同時需多方位、多角度分析問題，不能遺漏任何可能發生的情況和細節，最大程度地保證建筑的結構優化設計工作的完成。

4、結構優化設計方法在房屋結構設計中的應用

4.1整體優化和局部優化

結構設計的優化過程更是對房屋安全性與實用性的提升，因此在實際計算與探究過程中需要時刻把握房屋設計的重點。房屋結構設計中的建筑結構設計，都需要以整體性為基礎，展開局部性與整體性的優化工作，從而實現房屋結構設計中建筑結構設計的優化，全面提高房屋建筑質量。從整體性的特點上來看，房屋建筑的結構設計包含了設計體系、結構體系和安裝設計體系等相關內容，每個提下下面又包括了若干下屬體系。在進行房屋建筑的設計時，相關的設計人員應當對各個下屬系統和體系進行優化，促使各個布局間的橫向關聯沖破，保證各環節之間能夠協調搭配。要想使房屋建筑的結構得到最優化設計就要從整體的角度出發，注重整體優化和局部優化之間的關系處理。

4.2提高數字技術的應用

建筑物結構的布置形式靈活多變，式樣繁多，即使是同一棟建筑其結構布局也有很多種方案可供選擇。隨著計算機軟件技術的高速發展，建筑結構設計方案及設計參數的技術分析等重點和難點問題都可借助計算機軟件快速解決，如德梅隆和赫爾佐拉共同設計的“奧運鳥巢”就實現了建筑結構設計難題的新突破。所以，加強計算機軟件技術在房屋建筑結構設計中的普及應用具有巨大的現實意義。

4.3結構同建筑的協調優化

結構設計中，選用合理的結構體系和結構形式對于結構安全，結構合理化，建筑方案實現程度都有重要的意義。我們在進行房屋建筑結構設計優化的過程中，還應當盡量保證建筑結構能夠與整體平面配合緊密，最大限度上實現造型美觀、結構合理的目的。在布設建筑柱及墻的時候，應當盡量同房屋建筑平面的功能需求保持一致，確保所有房間進深、開間的統一。建筑系統也要盡量簡潔，墻與柱不能夠出現錯位現象，每層高度與截面面積都要保持一致。在進行樓體和電梯的設計過程中，對于其應力集中的轉角區域，應當選擇高強度的承重構件，以此來降低自重，如果不是承重的構建則可以選擇質量較輕的建材。

總結：

總而言之，建筑結構設計優化在房屋結構設計中有著重要的影響。優化技術的應用可使房屋建筑結構設計更加科學和先進，提高結構設計合理性的同時節約建筑成本，并且使建筑在滿足人們基本需求的同時具有更高的美觀性和經濟性，是順應市場和科技發展要求的必然之舉。

[1]陶小林，楊楊.淺談房屋建筑結構設計中的應用優化技術[J].科技創新與應用，2013,

[2]趙炳均.論建筑結構設計優化方法在房屋結構設計中的實際應用[J].江西建材，2015