房屋結構設計中建筑結構設計優化方法的應用分析

王麗娟

（上海構智建筑科技有限公司 上海 200233）

引言

在經濟不斷發展的推動下，人們在追求物質文明的同時，也更加重視精神感受。衣食住行，早已不僅僅只是為了滿足人們生活的基本需求，而是有了越來越高的要求。對于住房來說，人們對其的要求不僅僅只是滿足居住，對于建筑的安全、舒適、美觀等都有更高的要求，而且對于建筑的經濟性、節能性也給予了高度重視。這就要求我們在實施房屋設計的過程中，不僅要滿足基本結構所需，而且要通過科學的設計，不斷的優化，全面提升建筑物的美觀舒適、經濟適用、節能環保等性能。

1 建筑結構設計優化概述

在房屋結構設計過程中，建筑結構設計是其中的重要組成部分。建筑結構設計優化，就是根據相關理論和經驗，對結構設計展開完善和再規劃，從而使建筑結構整體具有更好的性能、更低的成本。隨著人們對于房屋的要求越來越高，在設計過程中展開結構設計優化已經得到了行業和社會的高度重視。然而，建筑結構設計優化是一項十分復雜的任務。對結構的優化，必然導致更多的問題，比如設計成本的增加、建筑成本的改變、建筑材料的革新、建筑工藝的改進等等。因此，這就更需要設計人員采用科學、謹慎地態度，切實有效做好優化工作。

就房屋結構設計優化的內容來說，主要包括以下兩部分：①對房屋建筑結構的整體優化；②對房屋建筑結構的局部優化，包括對主體、房頂、基礎等結構展開的優化[1]。

2 建筑結構設計優化的意義

2.1 降低建筑工程成本

通過建筑結構設計優化，能夠有效降低建筑工程的整體成本。當前，隨著社會的不斷發展，高層建筑的數量也與來越多，與常規多層建筑相比，高層建筑最大的優勢在于占地面積小，空間體積大，從而使得用地成本大幅下降。然而，建筑物高度越高，也會有較大概率出現樓層不協調狀況。在這種情況下，土地節約量有可能無法滿足建筑高度增加帶來的負面影響。所以，在結構設計的過程中，決不能單獨考慮建筑高度和建筑樓層，必須將其放在建筑整體環境和整體成本范疇內展開綜合評估。

2.2 提升建筑整體性能

對于建筑物來說，樓層的增加必然會導致建筑整體框架以及承重柱的承載能力發生變化，由此給建筑整體帶來諸多影響，比如墻體面積必然需要增加，梁柱體積可能因此而加大，結構自重也會隨之升高，建筑內部的各種管線配置同樣受到很大的影響。另外，由于樓層的增加，建筑高度也會隨之增加，就使得墻面范圍也會隨之發生變化，這樣，圓形建筑、方形建筑更多會被采用，從而盡量縮小外墻周長，減少房屋室內外裝修面積，而且也能夠一定程度上提升建筑的整體受力，在確保建筑安全穩定的前提下，最大化的提升建筑整體性能。

3 建筑結構設計優化的原則

（1）安全性原則。建筑結構優化，必須高度重視安全性原則，在全面保障建筑安全的前提下，展開科學優化，完善結構的設計。決不能簡單的為了追求節約而忽視安全的重要性。

（2）適用性原則。實用性原則也是建筑結構優化的重要原則，通過科學的優化，讓建筑物具備基礎功能的同時，具備更多功能，從而滿足人們的生活需求，也讓建筑物具備更大的價值。

（3）環保性原則。隨著人們對于節能環保的重視程度越來越高，環保性也成為結構優化的重要目標。通過科學的優化，減少建筑對于環境的破壞和能量的消耗。比如，在建造過程中盡量多使用綠色材料，結構設計中盡量多利用日光、通風等自然條件，使建筑具備較好的冬季保暖，夏季通風性能。

（4）可靠性原則。在建筑結構設計優化的過程中，決不能忽視建筑質量的要求，一味追求成本降低、功能多樣、外觀美麗等等。必須以保證建筑質量為基礎，對建筑設計展開優化，從而實現建筑的性能提升和成本的降低。

由此我們可以看出，建筑結構優化，保證建筑結構的安全、可靠和科學是基礎。就建筑機構優化的過程來看：①應當根據建筑工程的實際狀況以及建筑的需求，建立結構優化所需要的優化模型，并以此為基礎找到合理的變量和參數；有效的優化模型，是實現建筑結構優化的保障；②要設定合理的優化目標函數，優化目標既能夠作為建筑整體性能的考慮，也是機構優化的重要約束，優化目標函數是實現建筑結構優化的基礎[2]。

4 建筑結構設計優化方法的應用

4.1 整體與局部優化

建筑結構設計優化，是一項十分復雜的系統性工作。在結構設計優化的過程中：①在設計時，就必須從系統工程的思維，對建筑工程的各個子系統展開統籌規劃；從而保證在優化設計的時候，能夠全面保障各子系統的目標、功能和聯系；②由于對建筑結構設計實施優化，必然會對建筑的材料、結構、配件等產生影響，這就使得設計優化必須建立在整體優化的前提下。

建筑結構優化設計，主要包括了對計算模型和計算方案的優化兩方面構成的。建筑結構優化設計，實質上就是針對建筑設計中的重要變量設定參數，以此為基礎確立函數模型，從而對模型展開優化。具體來說，模型建立包括變量選擇和目標函數確定兩部分。設計變量選擇是優化的核心，變量的選擇決定了參數的設定，也決定了優化作業的難易程度。目標函數的確定需要建立在找到最優解的基礎上；然后確定目標函數的約束條件，包括建筑的應力、尺寸、彈性、塑形和強度等等，建筑結構的優化必須保證在約束許可范圍內展開。

4.2 建筑主體結構的優化

建筑主體結構的優化，是核心內容就是運用模型，確保系統科學合理的前提下，對機構剪力墻的設計展開優化。主要內容包括以下三點：①對剪力墻的數量展開科學計算；②建立建筑剪力墻統一的質量管控標準，從而滿足整體結構的重心要求，最大程度避免建筑受到地震等災害的損傷；③確保建筑質量符合工程要求的前提下，盡量使控制墻的數量最少[3]。

4.3 概念設計結合細部結構設計優化

所謂概念設計，就是在沒有具體量化數據的前提下，展開優化設計，比如，對于建筑抗震防裂度的設計，在缺乏有效的量化標準的情況下，就必須應用概念設計。這就要求設計人員在優化設計的過程中，基于建筑的實際狀況，靈活掌握設計方法。比如，就建筑的防震需求，可根據建筑的不同采用不同的抗震措施，通過不同的方法，實現相同的抗震性能優化的目的。

4.4 協調性設計

結構設計的優化，要高度重視建筑結構協調性，使建筑與平面的關系得到進一步加強，通過結構設計得到進一步強化。在結構設計過程中，通過對建筑內部各組件的合理配置，確保各組件功能得到最大化體現；對于建筑空間和深度，要從整體的角度使系統具備最優性，從而為整體性能提供最大化保護。

4.5 分析計算結果，選擇優化方案

對結果的分析，是結構設計優化的重要內容，對于優化的效果具有至關重要的作用。首先，對計算所得的數據展開全面分析，獲取數據體現的信息，然后以此為基礎，制定優化設計方案。同時，在結構設計優化過程中，要從多角度、全方面給予考慮，特別對各種阻礙性因素，要給予全面控制，從而為結構設計優化的實施打下堅實的基礎。對于建筑工程來說，需要考慮成本、工藝、材料、工期等眾多因素，結構優化就是要保證建筑指標的同時，實現投入性指標盡可能最小化，產出性指標盡可能最大化。所以，在建筑結構優化過程中，要科學對待技術和經濟之間的關系，找到科學的平衡點。

5 小結

綜上所述，建筑結構設計優化對于房屋結構設計有重要意義，在實際工作中，要高度重視建筑結構優化方法的具體應用。通過科學合理的優化措施，全面保證房屋建筑的質量，控制建筑的成本，為人們提供更加安全、可靠、舒適的住房。

[1]丁可.建筑結構設計中概念設計與結構措施的應用探析[J].工程技術研究，2016（6）：129.

[2]郭睿.建筑結構設計優化方法在房屋結構設計中的應用[J].住宅與房地產，2017（3）：93.

[3]范國興.建筑結構設計優化方法在房屋結構設計中的應用研究[J].雞西大學學報，2014（8）：23～25.