建筑結構設計的優化方法及應用分析

【摘要】隨著人們對房屋要求的不斷提升，建筑企業所面臨的挑戰也逐漸增加，不僅要使人們的基本價值需求得到滿足，而且還需要充分滿足人們的審美需求。為了在保障房屋質量的同時，最大限度滿足人們對房屋日益多樣化的需求，優化設計房屋建筑結構則成為了房屋建筑結構設計工作中主要面臨的問題。文章主要對建筑結構設計的優化方法進行探究，并且對房屋結構設計中，優化方法的具體應用實施如下分析與研究。

【關鍵詞】建筑結構；設計優化；方法；應用

建筑結構設計是房屋建筑工作中的重要內容，在保障房屋結構安全性、合理利用空間資源等方面發揮著關鍵性作用，也是建筑設計人員重點關注的工作內容，并且隨著人們對房屋建筑功能要求的逐漸增多，優化建筑結構設計就顯得越發重要[1]。如何使房屋結構的安全性與穩定性得到保障的基礎上，滿足人們多樣化的需求，成為建筑企業關注與重視的重點內容之一，因此優化建筑結構設計也成為了建筑企業贏得生存與發展的重要手段。

1、優化建筑結構設計的方法

1.1優化建筑結構模型

優化構建建筑結構模型主要是對建筑結構造成影響的主要參數實施優化，使用預定式參數表示影響、變化范圍較小以及局部性因素，進而相應減少設計過程中涉及的設計數量與計算數量，進而可直接減少編程工作量提升工作效率。在優化設計建筑結構過程中，還需要保證所確定的目標函數能夠與預設條件相符，例如截面相關的幾何尺寸、鋼筋截面積等，在保障房屋質量的同時，降低工程造價。與此同時，為了保證建筑結構設計的規范性，還需要設置相應的結構設計約束條件，主要包括建筑結構的尺寸、強度、構件以及裂縫寬度等，并且需要對比分析上述目標及實際性質相關的約束條件，保證約束條件設置符合建筑工程的設計要求，實現建筑設計的優化效果。

1.2設計設定計算方案與應用程序

在設定、計算建筑結構的約束條件時，會涉及到相應的非線性優化問題，所以在實施計算過程中，則需要使用罰函數法、復合形法、拉格朗日乘子法等方法，將有約束優化轉變為無約束優化，使設計計算方案的科學性與合理性得到保證。在依據可靠度獲得結構優化設計模型后，還需要編寫一個具有較強綜合性與功能齊全的應用程度，使運算速度得到保證，進而有利于使整個結構設計順利開展。

1.3進行綜合分析優化結果

在完成建筑結構設計方案后，還需要對設計方案實施對比分析，使所選擇的設計方案能夠獲取最優的設計效果。所以在確定最優設計方案過程中，需要綜合多角度，全面分析問題，使建筑技術及建筑成本能夠得到合理分配，進而在保證建筑質量的基礎上，實現以最小經濟成本獲取最優的建筑效果，完成預期建筑目標。

2、建筑結構設計優化方法在房屋結構設計中的應用

2.1模型的優化設計

在優化設計建筑結構模型的過程中，選擇變量時，需要首選對整體設計造成影響的相關因素，而局部及影響較小的因素，則可選為參考數據，其次將建筑面積、切面尺寸等相關數據單獨整理后制成函數，結合用戶對房屋審美需求、房屋空間規劃及變形規定等方面，進行模型的優化設計，避免資源浪費，降低施工成本，最大程度的使用戶需要得到滿足。例如在設計排水系統時，由于所用的機械設備較多，荷載強度較大，還需要放置在專用房間中，應當設置在地下室中，并預留合理的管道尺寸，做好樓板鉆孔位置的加固工作。若管道建設過程中需穿越承重墻，在加固墻體的同時，還需要避免出現管道繞柱現象[2]。

2.2建筑結構的安全性能設計優化

高層建筑是建筑發展的主要趨勢，而高層建筑對穩定性以及安全性提出了更高的要求。因此高層建筑結構設計優化工作的重點內容，就是使建筑結構的剛度及強度得到保障。在實際的設計過程中，充分考慮資金條件，盡量選擇極限拉力較強的鋼筋材料，結合隔震措施、減震、隔震技術形成具有延性結構的抗震體系，提升建筑物的抗震能力。同時需要設置合理的剪力墻，保證剪力墻整體的均勻性，使樓層中平面剛度中心點與樓層整體結構重心相重合。在經濟條件允許的情況下，盡量延長剪力墻肢長度，合理計算剪力墻需要承受的壓力，控制墻肢數量、墻內暗柱數量和混凝土使用數量，降低成本。

2.3建筑的整體性與局部性優化

房屋建筑設計具有復雜性、層次性特征，所以在優化建筑結構設計過程中，應當從整體出發，綜合局部，實現局部和整體的合理優化，保證房屋質量。從建筑設計的復雜性角度來說，主要涉及的是建筑材料與零部件的選取，在設計過程中，需要充分了解原材料的市場價格，保證房屋質量的同時，合理控制造價；使用BIM及GIS技術，優化建筑結構的空間設計，使空間設計的均衡性及利用率的合理性得到保障。建筑樁基礎是建筑結構設計中的重點內容，灌注樁和預制樁是構成建筑樁基礎的重要部分，操作復雜，施工時間較長，所以為了有效控制施工質量，應在滿足沉降標準的同時，使用預制樁，合理制定預制樁長度，盡量減少相關的工序，使建筑結構的整體與局部得到合理優化[3]。

結語：

房屋是開展生活與工作的主要場所，隨著經濟水平的提高，人們對房屋提出安全、實用等基本要求基礎上，進一步提出美觀、經濟等多樣化的需求，建筑行業間的競爭也日趨激烈，如何設計出滿足廣大用戶需求的房屋，使企業贏得生存與發展，成為建筑企業以及建筑設計人員需要解決的主要問題。而通過不斷優化建筑結構設計，不僅有利于使有限的空間資源得到合理運用，而且可滿足人們對房屋多樣化需求。所以，建筑企業應當加強重視建筑結構設計的優化與應用，以期為企業贏得進一步的發展。

參考文獻：

[1]薛蕓，張杰.北方寒冷地區建筑外界面結構低能耗優化設計[J].計算機仿真，2016，33（11）：229-232.

[2]張真珍.探析房屋結構設計中建筑結構設計優化方法的應用[J].建筑與結構設計，2018（11）：41-42.

[3]楊曉亮.建筑結構設計優化方法在房屋結構設計中的應用分析[J].設計與案例，2018（12）：98-99.

作者簡介：

韋肖敏，北京中外建建筑設計有限公司南寧分公司，廣西南寧。