建筑結構設計優化方法在房屋結構設計中的應用

文/張令超 浙江省工業設計研究院 浙江杭州 310000

在過去，我國建筑行業更多追求的是質量和速度，然而隨著我國經濟和社會發展水平的不斷提升，人們對于生活品質有了更深層的理解和需求，對于建筑物而言，人們要求其在滿足經濟性、適用性、實用性的同時，兼具美觀性、環保性和智能性。這種新形勢下的新要求，給我國的建筑行業提出了新的挑戰，為此，只有不斷優化房屋結構設計，才能保證建筑行業的進一步發展。

1、建筑結構設計優化的內涵及重要作用

建筑結構設計優化，就是指建筑設計師在進行建筑圖紙設計時，會盡可能地縮減不必要的空間局限，并為業主留下更多的優化整改空間，從而在提升資源利用率、實現工程效益最大化的同時，滿足人們對于美好生活的設計愿景，實現建筑物綜合性能的提升。

在建筑行業發展的新形勢下，做好建筑結構設計優化，具有典型而現實的意義。首先，建筑結構設計優化符合建筑行業的未來發展趨勢，能夠實現建筑物綜合性能的提升。以有效的建筑結構設計優化原則和措施，確保建筑的安全性、適用性、美觀性和經濟性，更能體現建筑物的“人性化”特征，建筑結構優化設計中會有意識地進行“留白”空間的設計，因此能夠在實踐中不斷查找原有設計方案的不足和缺陷，為提升房屋結構的合理性和安全性提供可能[1]。其次，建筑結構設計優化符合建筑行業可持續發展的需要。對建筑結構進行優化設計，以先進的設計理念和設計技術指導工程行為，能夠顯著提升房屋建筑中材料、設備、人員的利用效率，實現對工程成本的有效控制，從而保證建筑質量與經濟效益的統一。

2、建筑結構設計優化的具體內容

2.1 建筑工程方案設計

在明確工程建筑設計要求的前提下，建筑設計師需要對建筑結構體系和建筑結構形式進行合理的設計，保證其目標與要求的一致性，在此基礎上進行建設資金的優化統籌，對施工材料、施工條件、外部環境等進行細致的勘察，從而確保提出一個最優的設計方案。

2.2 建筑工程基礎設計

我國幅員遼闊，地理特征差異大，因此在進行建筑設計時，特別要關注的就是建筑工程的基礎設計，只有在對客觀情況進行綜合分析之下得出的科學荷載力分布設計，才能為上部結構設計提供準確的數據支持，才能確保建筑物安全性、實用性、美觀性的實現。

2.3 建筑工程簡圖設計

建筑工程簡圖設計是確保工程合理性的前提，以合理的方式進行簡圖設計，對建筑主體結構進行科學安排，要求我們做好變量的選擇、目標函數的確定以及約束條件的確定等步驟，以此實現對各項參數的嚴格控制，保證施工質量、提高工程的經濟性、避免各類施工隱患的出現[2]。

3、建筑結構設計優化方法在房屋結構設計中的具體應用

根據不同工程的不同要求和標準，建筑結構設計優化方法呈現出多種類型，比如截面優化、分布優化、種類優化、外形優化、拓撲優化等等，根據房屋結構特征，設計師可能選擇一種，也可能選擇多種方式進行結構設計優化，一般而言，選擇的優化方法越多、越全面，那么難度系數和設計變量維數的要求也會更高[3]。在房屋結構設計當中，常見建筑結構設計優化方法主要被應用在以下幾個方面。

3.1 基礎結構設計優化

建筑物的基礎結構是決定建筑物質量和壽命的關鍵，因此也是建筑結構設計優化的核心內容，從建筑物的整體規劃和使用功能出發，結合地質勘查結果進行綜合分析，找出二者之間的最佳契合點，并結合建筑周邊人文形態、建筑成本造價以及建筑物的美學價值進行統籌規劃，以此確定出最合理的基礎結構施工方案，從而為后續施工中的各項設計優化實現打下良好的基礎。就目前而言，我國常見的樁基礎施工技術有預制樁施工技術和灌注樁施工技術，在設計時應結合地形特征、施工水平、成本投入選擇合適的施工方式以及合理的工程參數。

3.2 建筑主體結構優化

房屋建筑的上部結構是整個工程主體的重要組成部分，也是建筑結構設計優化中的重點環節，在進行優化設計時，一定要注意做好樓層高度與寬度的整體控制，并優化梁與柱的分配。首先，在我國房屋建筑發展趨向高層化的今天，任何一項工程的設計都必須堅持實事求是的原則，只有綜合考量基礎承載力、房屋使用壽命以及質量保障指標以及外來風險評估結果，才能確保樓層高度合理，房屋符合建筑安全質量標準。此外，要對建筑物的高度寬度比值進行合理結構優化，保證樓層剛度的中心點集中于整體結構的中心；同時對內部梁、柱進行優化分布，可以以大開間的方式減少剪力墻數量，加大剪力墻長度，從而在保證工程質量、減少工程成本的前提下，為業主提供更多的發揮空間。

3.3 整體性與局部性兼具的建筑結構優化

所謂整體性，就是從建筑物的結構體系、設計體系、安裝體系等多個要素進行考量，在對單個要素的每一個環節進行優化的基礎上，確保各個體系之間不會發生橫向沖突，從而取得疊加效益的最大化。而局部性，就是對建筑工程全過程中所需要使用到的材料、設備、人員進行調整、統籌的過程，使每一個生產要素都能達到最佳狀態，從而為最終建筑結構的整體優化提供有效支撐。

3.4 節能指標結構設計優化

在建筑物環保性能要求日漸提升的今天，對建筑節能指標結構進行設計優化具有了時代性意義。在建筑結構優化設計時，要格外重視做好電氣管線以及輸水管線的設計工作，并使之與建筑結構框架、墻體相結合，做好預設性方案，從而保證預留孔洞與管線敷設的數量和指標要求相一致，使管線呈現出流暢感和合理性。此外，還要重視做好建筑朝向設計以及室內布局設計，從而使建筑能夠更多地利用自然太陽能、風能進行室內溫度、濕度的調節，減少暖通空調的使用頻率。

結語：

建筑結構優化設計能夠有效地提升房屋建筑的安全性、實用性、經濟性和美觀性，是未來我國建筑行業發展的大勢所趨。建筑設計師必須不斷提高自身設計水平，全面分析優化措施，積極進行業務創新，只有這樣才能促進建筑行業更好的發展。