房屋結構設計中的結構設計優化

白云生

摘? ? 要：建筑是通過建筑、結構、設備等各專業共同協作的產物。對于目前的住宅結構來說，建筑結構在設計優化時需要注重經濟，安全，美觀的要求。在施工過程中還應便于施工與操作，盡最大程度提高空間的利用程度，從而實現經濟效益的最大化。通過優化建筑結構的設計，不僅可以有效地方便施工和運營，還可以節省施工成本和減少浪費，滿足人們當前對房屋結構功能的需求，為人們提供更高水平的生活居住環境。

關鍵詞：結構設計;建筑結構;設計優化

1? 結構設計優化的重要意義

為了達到結構優化設計的目的，工程設計人員必須在保證結構安全的前提下，通過對建筑結構的整體概念分析，采用合理的優化設計理念和方法進行優化設計，使得能有效地控制工程造價，滿足投資方的經濟性要求。通過以往的優化設計經驗來看，相比于傳統的設計方法，優化設計通常可以達到降低工程造價5%～30%的目的。但是在實際的工程設計中，很多因素都制約了優化設計的開展和實施。比如，工程的設計進度的要求，使得設計人員根本無暇顧及到結構的優化設計要求;再者，由于知識水平的限制，傻瓜化的設計軟件使得部分設計人員對優化設計的理解缺乏，更談不上有效合理的優化設計，大部分設計人員在所謂優化設計中總著眼于局部部位而忽略了結構總體方案的設計，沒有從總體布局上考慮造價的控制。為此，為了降低工程造價的成本，提高設計人員在提高設計人員在實際工作中對優化設計的認識和重視非常必要，只有加強技術和經濟效益的有效結合，通過合理的優化設計方案，才能達到創造更大的社會效益。

2? 關于結構設計優化的方法

2.1? 構建優化設計模型

結構設計優化就是指在各種會影響到變量中的參數進行主要的選擇，之后建立起相應的函數模型，并運用科學合理的方法尋找最優的結果。對結構總體的優化建立模型主要包括以下幾個方面：首先是對設計變量的合理選擇。一般情況下，設計變量會選擇對設計要求影響相對較大的參數，并將所涉及的參數依照各自的性能進行區分，注意觀察參數的變化和影響，將變化較大的參數設定為預定參數，通過這種方法，能夠有效減少對編程計算的工作量。其次是需要確定目標函數，使用函數能夠找出滿足條件的最優結果。最后，需要對約束條件進行確定。房屋結構的可靠程度對結構優化的設計有著約束條件，包括有應力約束、裂縫及寬度的約束、結構尺寸約束、彈塑性約束等方面，在進行結構優化的設計過程中，要注意考慮到各種約束性條件，以此來保證各個約束條件滿足標準規范的要求。

2.2? 重視起結構設計優化的前期工作

結構設計在前期的設計方案直接會影響到建筑工程的總體投資，就目前發展來看，大部分建筑企業沒有重視起結構設計前期的方案設計階段，建筑設計人員在進行方案的設計時，沒有考慮到所設計出的結構是否合理可行，直接會導致總體建筑結構受到影響。設計人員在設計時還需要重視方案設計的經濟合理性，盡量減少建筑投資的增加，節約建筑成本，保證建筑的綜合效益發展。

2.3? 注重細部結構優化設計

在注重整體設計的同時，也應加強結構局部構件的精細設計。比如現澆板設計中盡量把異形板劃分為矩形板，這樣既達到合理受力的目的，也避免了拐角裂縫的出現。為減少柱構件底部截面，采用高強度的混凝土是不錯的選擇，但是水平構件混凝土可適當減少混凝土的標號，滿足了受力要求，也節約了成本。

2.4? 結構設計軟件在優化設計中的運用

隨著計算機技術以及結構優化設計理論的結合，基于計算仿真的優化設計思路已經在工程結構設計中得到了廣泛的應用。通過利用計算機分析軟件建立優化設計的分析模型，采用高效的計算機優化計算方法，設立結構設計達到的目標要求，最終實現結構設計的優化目的。在具體的優化設計過程中，優化設計實際上已經由一個工程問題轉變為一個數學問題。在大型復雜結構的優化設計中，基于這一思想的結構優化設計方法具有其他算法無法替代的優勢。因此，工程設計人員加強基于計算機技術的優化設計分析非常必要。

3? 針對建筑結構設計優化的建議

3.1? 合理選擇房屋建筑結構的類型

不同建筑結構形式的房屋，對建筑結構類型具有不同的工程造價管理。采用不同的建筑結構形式均可以滿足該建筑的使用功能要求，但是工程造價方面卻有著較大區別，例如：一棟兩層別墅可以采用框架、剪力墻、框剪結構等形式，但是采用框架結構造價明顯低于剪力墻及框剪結構，這種類型可以具有更大的開間，更靈活的布局和更低的工程成本。

3.2? 選擇最為優化的計算程序

結構設計計算程序是由計算機和設計理論相互結合所組成的，在結構設計方面發揮著重要作用，推動著建筑結構整體的發展。結構設計計算軟件較多，如何選擇最為合理優化的結構計算軟件，顯得非常重要，通過選擇最為合理的計算方法，設計人員能夠在此基礎上進行最優設計，從而為工程節省造價，提高項目整體效益。

3.3? 分析相關數據，選擇最優方案

目前在建筑結構優化設計實際操作中，更多的是采用在“分析與校核”基礎上的“綜合與優選”方法，真正的建筑結構優化設計軟件還不完善。今后急需大力開展結構優化設計的應用研究，如開展有關設計思想及優化技術的普及工作，編制符合設計實際需要的優化電算程序等;另一方面需要繼續深入進行結構優化設計的理論工作，如對多目標優化、結構動力設計優化、離散值設計變量優化、隨機規劃和模糊規劃等課題以及模型化處理等。

4? 結語

通過本文可以看出，我國在房屋結構設計中的建筑結構設計優化技術發展還是遠遠不夠的，必須要重視起對建筑結構的設計優化，不斷提高設計思維，積極引進并熟練掌握優化設計的方法，建立健全建筑結構的設計方案，不斷嘗試在設計工作中應用新的設計方式，推動房屋結構設計優化工作質量和效率的提高，實現促進建筑工程經濟整體效益。

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