房屋建筑結構設計中優化技術應用探討

姚紅梅

(西南交通大學希望學院, 四川南充 637900)

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房屋建筑結構設計中優化技術應用探討

姚紅梅

(西南交通大學希望學院, 四川南充 637900)

【摘要】隨著我國社會經濟的不斷發展，人們的生活質量普遍提高，對房屋的功能也有了更高的要求，除了對房屋建筑一般的實用價值和安全性能考慮以外，對建筑美觀和經濟適用等選擇標準也有所提高。因此建筑設計師需要結合建筑的結構設計和外型條件，將建筑設計的安全適用、審美作用、經濟價值和簡化施工等因素充分融合到房屋建筑設計中，不斷優化改善設計方案，以滿足人們對房屋建筑的總體要求。文章主要對房屋建筑結構設計中優化技術的應用進行分析探討，研究適用性強的建筑優化設計。

【關鍵詞】房屋建筑；優化技術；建筑設計；設計應用

1建筑結構設計優化方法

房屋建筑結構優化設計一般包含屋基結構優化、護欄結構優化、房頂結構優化和細致結構優化等設計工作。對房屋結構的優化設計需要結合實際條件，再整體分析考慮，以達到設計的功能需求。然后通過合理設置建筑的平面布局，來縮小建筑中心和剛度之間的差距，將承載的力度均勻分配。另外，房屋建筑結構設計優化技術也有效的提高了土地資源的利用率，給建筑行業帶來巨大的經濟效益，同時也能充分滿足住房用戶的生活需求和安全保障，所以建筑結構設計優化技術對房屋建筑意義重大。

1.1優化房建結構模型

建筑結構設計優化的基礎是數學模型，所以在房屋結構設計過程中，需要結合實際條件來構建數學模型，并運用科學合理的優化方法來調整建筑結構設計，以達到最佳效果。結構設計優化模型一般先進行設計變量的合理選擇，保留牽動因素比較小的預定變量，再以控制建筑成本為目標構建由建筑尺寸與相關數據所表示的目標函數，最后結合房屋尺寸、結構強度、變形要求和預應力等因素，全面考慮建筑結構的限制條件，以達到房屋構造最優的設計標準。

1.2優化房建結構設計的數學計算

優化建筑結構設計屬于非線性的數學問題，其中包括很多限制因素和相關變量。實際結構優化設計通常采用拉氏乘子法和符合型法等方法，把限制條件換成無限制條件來簡化計算過程，再輸入相應的運算程序就可以得到建筑結構設計的最優方案。

1.3優化概念設計

優化過程不能一味的依靠計算機設計軟件，還應結合計算機設計與人工設計，充分發揮概念設計在優化技術中的關鍵作用。例如，在進行建筑材料優化選擇時，適合采用人工方法分析各類材料的性能；在進行技術參數設定時，適合采用計算機方法對設計標準進行優化。雖然在設計過程中計算機能夠有效解決人工難以完成的龐大計算問題，但是它并不能設計出非常切合實際需求的結構設計方案。因此在建筑工程的實際設計中，應該根據實際情況靈活的運用概念設計優化技術和計算機技術，對建筑結構進行合理的分析和改進，這樣實現建筑工程整體的最優化。

1.4價值工程優化設計

價值工程，即以最少的周期成本有效的實現建筑結構的必要功能。其核心是通過對建筑進行功能分析，及時的排除不切實際的功能需求和過剩功能，以達到降低成本，提高效益的目的。建筑產品的價值是由它的成本和功能共同決定的，對于建筑產品來說，不同的價值方法帶來的價值表現也會有所差異。有些方法是保持建筑成本不變來提高房屋的功能，或是保證功能不變的情況下降低投入成本，還有些方法是小幅度的增加其成本以滿足房屋功能的大幅度提高等。這些方法在做成本分析的時候，不僅只是考慮建筑生產的總投資，還做到了預算建筑產品的使用成本和后期維護成本等全周期的成本分析。

價值工程必須依照價值原則性、功能多變性、成本的波動性、成本與功能的相互性和創新性等原理來實施。在工程造價控制的過程中價值工程主要考慮的是如何實現建筑的核心價值。通過合理的建立項目的內部反饋和外部反饋，有效的掌握用戶的實際需求，以實現項目最終的價值目標。

1.5加固過程的優化設計

為保障建筑物建成后長期的的安全使用，就需要在建筑過程中制定合理的加固方案。加固方案在一定程度上也決定了建筑物的使用性能，一旦加固方案設計失敗，整個建筑的安全使用將會受到嚴重的威脅，基本的的使用標準也根本達不到，因此就會給建筑工程帶來不可估量的經濟虧損。加固工程的重點工作是加固方案的制作，由于其具有多樣化的供給、單一化的需求和難以更改的設計方向等特點，一旦確定將加固方案實施到加固工程中，后期就不容易對加固方案在進行調整，因此會導致大量的人力、物力和財力資源的白白浪費，所以為了保障和增強房屋建筑結構的穩定性，必須依照現行規定的國家標準水平來合理的選擇加固方案，以達到建筑物使用功能的要求水平。

2優化技術的實際應用

2.1建筑前期設計過程優化技術的運用

建筑的前期設計在整個建筑經濟設計中起著主導的作用，會直接影響建筑項目的總投資量。在房屋設計過程中，建筑結構優化設計實施方案的落后一直是當前普遍存在的問題，如果在設計初期不進行科學合理的結構設計，后期房屋結構的設計可能會產生不可逆轉的損失。所以就要求設計人員充分應用建筑結構優化設計方法，在前期設計過程中選擇可行的結構模型，制定合理建筑設計方案，為建筑的整體設計打下良好的基礎。

2.2結構材料的優化應用

房屋建筑結構的優化設計中，結構材料將會直接影響建筑整體的結構性能，表1對各種材料的性能指標做出了對比。

表1　結構材料性能對比

在結構設計中需要重視材料的選擇，良好性能的材料是房屋建筑優化設計實施的重要基礎。比如建筑中混凝土具有良好的抗壓性能，而鋼鐵結構具有良好的抗拉扯能力，這些材料都有其獨特的用途，充分利用它們的優勢可以在很大程度上提高建筑工程的整體質量。事實證明，在6.9級的地震區域中，與普通鋼筋混凝土轉換柱相比，型鋼混凝土轉換柱作為框支剪力墻結構可以有效地減少20 %左右的截面面積，如果再利用鋼管混凝土柱的抗拉、抗剪和抗壓等優勢還可以進一步減小截面面積。因此建筑的有效使用面積和使用功能都會得到相應的增加。由此看來，合理的選擇材料在高層建筑和龐大建筑的結構設計中十分關鍵。

2.3建筑地基優化技術的運用

房屋的地基是建筑結構設計的首先任務，也是施工過程的關鍵。合理有效的規劃地基的結構可以實現房屋結構的優化設計的目標。在建筑業不斷發展的過程中，由于建筑產品在功能和形態方面千差萬別，對地基的選擇標準也會各有不同，所以要從實際情況入手，制定實際的地質勘測方案。在考慮工程造價經濟效益的前提下進行房屋結構的優化設計，以地樁為基礎的地基設計則需要對房屋進行具體的受力分析，詳細的考察地樁材質特性，最后選出最優的地基設計方案。

2.4節能設計技術的運用

在房屋建設中，建筑結構優化設計的作用就是在降低工程造價的前提下，提升房屋整體的經濟效益。為了提高經濟效益就需要從能源利用的角度選擇節能系數較高的結構設計方案。房屋結構形式一般有3種：第一種是短肢剪力墻結構，其結構設計具有較好的抗震性能，所選擇的材料也不多；第二種是框架結構，其結構設計的柱截面比較大，從而影響了房屋的內部的布局設計；第三種是框架與剪力的融合結構，其結構具有比較強的綜合適應能力，抗震和抗側力的效果也十分良好。因此在選擇優化設計方案時需要權衡以上三種結構類型的優缺點，根據實際情況充分考慮建筑的工程造價和實際效益，然后選出最佳的房屋建筑結構的設計方案。

2.5建筑抗震結構設計的運用

安全是檢驗房屋建筑結構設計質量的重要標準，也是住戶考慮的基本問題之一。當遇到不可抵抗的自然因素時，房屋的安全會受到巨大的威脅，因此在建筑結構設計中需要充分考慮地震荷載作用，采取合理的設計方案和有效措施來增強房屋建筑的抗震能力。通過學習和觀察，可以發現為了提高抗震能力，大多數建筑設計采用了結構對稱式的方法，可用來增大建筑物的延伸性，減小建筑的危險截面，使其荷載被均勻支撐。其中延伸建筑結構可以利用次要的結構來保護建筑的主體以提高建筑結構抗震性能。除此之外，建筑設計還要對細致結構做優化處理。在整體設計完成后，對基礎部分的設計還要加強精細處理。“細節決定成敗”就充分說明了細致工作在整個建筑設計過程中的重要作用，所以做好精細設計是建筑過程必不可少的基礎工作。

3總結

房屋建筑結構設計中的優化技術一方面提高了建筑的安全性、實用性和多功能要求，另一方面也增強了建筑的美觀效果。所以設計人員應該將優化技術充分運用到房屋建筑設計當中，對建筑結構設計方案進行合理選擇，以達到降低建筑工程預算成本的作用。隨著科學發展觀的不斷深化，設計過程更需要緊密的結合直覺優化技術，提高房屋建筑安全結構設計的抗震作用，以達到經濟效益的最大化。

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[作者簡介]姚紅梅(1989～)，女，碩士研究生，助教，研究方向為建筑結構。

【中圖分類號】TU318.2

【文獻標志碼】A

[定稿日期]2016-04-17