房屋建筑結構設計中優化技術應用探討

尹茂坦

摘 ?要：隨著社會經濟的不斷發展，在開展房屋結構設計工作的過程中，設計單位不但要對建筑的實用性及安全性進行考慮，同時也要全面提升建筑的美觀性和經濟性。所以在對房屋建筑進行設計的過程中，設計人員需對建筑的安全、實用、美觀、經濟進行保證，同時還要對施工的便利性進行考慮。因此，對于建筑結構設計單位需要進行優化設計，只有這樣，建筑的各項功能才能得到統一，進而可以促進我國建筑事業的穩定發展。基于此，本文圍繞建筑結構設計優化方法在房屋結構設計中的應用進行了分析和探討。

關鍵詞：房屋建筑;結構設計;優化

引言

隨著社會經濟的迅速發展，如今，人們的經濟條件、生活質量與生活水平得到了明顯的提高，從而對生活環境也提出了更高的要求。基于時代進步及社會發展要求，如今房屋建筑結構設計中，往往會在確保質量、安全的基礎上，開展結構優化設計，以實現成本降低、節能減排及建筑物使用功能的提高。

一、房屋建筑結構設計優化技術的內涵

在應用優化技術之前需要對房屋建筑結構設計中的優化內容進行了解，其中最為重要的就是結構設計安全與房屋的實際使用年限，在保證房屋建筑質量的前提下，要求其具備經濟合理性，進而將經濟合理性設計充分體現在結構設計的優化方面，目前結構設計優化內容主要包含以下兩點：（1）對整體的結構和布局有一定的了解，在此基礎上進行科學的優化分析與應用。（2）將房屋結構設計的相關細節作為單獨的研究對象進行設計改造，并且在實施優化技術期間可以將房屋結構進行更細致的劃分，最后實施逐步優化分析設計。

二、房屋建筑結構設計中應用優化設計需考慮的問題

（1）在房屋建筑結構優化設計中，需要保證其具有良好的設計結果，并且需要將建筑的功能性體現出來，同時保證其安全性與美觀性需要滿足實際建設需求，進而符合人們心中的設計標準，以滿足人們對建筑的整體要求。因此在應用優化設計期間，需要對整體的房屋建筑結構進行全面分析，并且結合一些優化技術對結構中每一個項目加以改進與優化，然后需要對整個結構進行細節劃分，最后結合實際情況對整體結構和細節結構的優化分析，保證建筑結構中每一個單位都得到最大的優化與改進。

（2）在基礎房屋結構設計中，很多工程師并沒有充分認知施工現場的地質條件，只是結合施工單位所給出的各種文件和自己的設計經驗所給出的設計方案，不僅不具備科學性與合理性，同時基于每個工程項目的不同之處，這些做法具備一定的片面性，沒有整體的依據可尋。另外對一些建筑地基處理時，尤其是軟弱地基中，很多工程師也都是在結合自身的經驗來進行施工設計，同時也會選擇一些成本較低的方法來進行施工，并沒有將地基的承載能力進行充分考慮，進而導致房屋結構容易出現坍塌的問題，為人們的生命安全造成極大的影響，進而影響著整體施工的質量。

三、結構設計優化在房屋建筑結構設計中應用的步驟

3.1建立結構優化模型

要實現對房屋建筑結構設計的有效優化，首先就必須建立科學合理的結構優化模型。結構設計優化需要從大量變量中選擇出最為重要的參數，通過這些參數建立函數模型，從而計算出最優解。一般來說，模型的構建主要可分成兩大環節：首先，應選擇最為合理的設計變量，這是構建模型的基礎和關鍵，變量的設計將對參數的選擇產生直接影響，科學合理地對變量進行計算可大大降低后期計算編程的工作量。其次，應對目標函數進行確定。相關人員應先找出符合函數條件的最優解，然后再確定約束條件，約束條件具體主要涉及到彈塑性、強度和尺寸等方面。在對建筑整體結構進行優化的時候，必須確保上述約束條件都處在規定范圍內，盡可能滿足設計的相關需求。

3.2對計算方案進行優化設計

在建筑結構優化過程中，各方面的約束條件以及變量參數都會直接影響到優化過程。因此，在開展相關計算工作的時候，必須將所有的約束條件轉化成非約束條件，保證整個優化過程的順利完成。與此同時，還要綜合考慮變量的因素，采用科學有效的計算方式對建筑結構設計加以優化。

3.3程序設計

在完成計算方案優化設計的基礎上，還要做好程序設計工作，首先需要對程序進行合理編寫，然后再將其導入到計算機之中，為后期計算工作的開展奠定基礎，在進行相關計算的時候，工作人員只需要將所需數據輸入到系統之中，就可通過設定好的程序計算出準確而直觀的結果。

3.4結果分析

建筑結構優化設計的最后一環就是結果分析，所有計算機計算出的數據信息都需要經過詳細的分析才能得出最終的結果，進而以此為依據確定最佳的優化設計方案。在開展結構優化設計工作的過程中，應對各方面的阻礙因素進行綜合考慮，最大限度確保結構設計優化工作的順利完成。對建筑工程而言，整個施工過程往往需要花費較多的人力、物力以及財力，結構優化的主要目的就是把上述指標控制在最低，并為建筑質量的可靠性提供保障。因此，在對建筑結構進行優化設計的時候，必須注意以下問題：第一，應找準建筑經濟與技術之間的平衡點，盡可能降低或消除二者之間的矛盾，即使引入了一些現代化技術，也無需付出過多的成本。第二，應認識到技術所能帶來的經濟效益，明確技術的優化可在一定程度上降低經濟成本，因此，必須加強對先進技術的應用。

四、結構設計優化在房屋建筑結構設計中的具體應用

4.1整體優化和局部優化

建筑結構設計表現出明顯的層次性和復雜性。首先，從層次性上來看，其主要涉及到建筑設計體系、結構體系和安裝設計體系等，且上述每個體系之下還包括諸多小的分支體系。設計人員在開展建筑結構設計工作的時候，應當結合工程的具體情況以及各個分支的特點加以優化，循序漸進地解決各環節遇到的困難，進而確保整個工程的順利完工。其次，站在復雜性的層面來看，其主要涉及到建筑原材料的選擇、零部件的選擇以及結構類型的確定等內容。所以，不管是哪種類型的房屋建筑，都可從整體和局部出發進行優化，最終實現建筑結構設計水平的最大化提升。

4.2基礎優化設計

房屋建筑的基礎結構與建筑整體功能的正常發揮及其穩定性有著十分密切的聯系，所以，在進行建筑基礎結構設計的時候，設計人員必須注重對結構優化設計方法的運用，盡量實現對地基地質、基礎結構等重點環節設計工作的全方位把控，在基礎結構設計方案中，應處理好建筑基礎結構與施工成本、施工技術等的關系，找準三者之間的平衡點。對于框架結構來說，應根據地質勘察報告對基礎形式進行合理選擇，若施工現場的地基承載力較好，則最好選擇淺基礎形式;若施工現場的地基承載力較差或者土質狀況不佳，首先應考慮地基處理方案是否具備可行性，若可行則選用地基處理方案，若不可行則需采用樁基礎。灌注樁和預制樁是兩類比較常見的樁基礎形式，其中，灌注樁的施工過程比較復雜，整個施工工期也比較長，且很難對施工質量進行有效控制。因此，在沉降滿足相關標準的前提下，可采用預制樁施工法，利用深層樁基增大土壤對樁身的摩擦力，并盡可能選用長度較長的預制樁。

4.3分階段優化

建筑工程項目各個環節的施工都是密切聯系的，且每一個環節都有著自身獨特的優化設計方法。因此，在實際開展工程建設工作的時候，應堅持分階段優化設計的原則，首先應對建筑施工建設的階段進行合理劃分，然后將不同階段的性質作為參考依據，對建筑結構設計加以優化，同時還要注重對整個工程壽命的優化，這樣才能使企業的經濟效益得到進一步提升。

4.4上部結構的優化

在對房屋建筑的上部結構進行優化的時候，首先應對剪力墻進行科學設置，具體而言，應讓剪力墻的質量保持一定的均勻性，確保對稱樓層的平面中心與同樓層的結構重心相重合，盡量降低大風、地震等外部因素帶來的不良影響。在房屋類型滿足標準要求的前提下，應采用大開間的剪力墻構造形式，適當增長剪力墻的墻肢，控制墻肢總數，從而節約混凝土使用量。另外，由于剪力墻的暗柱一般采用的是鋼筋，這樣一來，就可通過采用大開間剪力墻來降低鋼筋的使用量。但是，在遇到建筑施工現場地質條件較差或者地質環境比較復雜的情況時，不能減少鋼筋的數量，在這種情況下也就不適用采用大開間剪力墻的構造形式。

4.5排水結構協調優化

現代房屋建筑工程中往往設有給排水專用房，其中涉及到大量的機械設備，如此一來就會加大建筑的負荷量，所以，在設計的時候應盡量將水泵設置在地下室中。需要注意的一點是，由于排水房間中的管道數量非常多，且管道規格尺寸各不相同，因此，必須適當加固樓板上的穿孔位，預留出滿足規范要求的孔洞，最好不要讓孔洞影響到水平方向管線對建筑梁結構的貫穿。若管道需要貫穿房屋的承重墻，則還要注重加強對墻體的維護，整個排水結構優化設計中，必須處理好結構布設與管網體系的關系，以免發生管道繞梁或柱的問題。

五、結束語

在實際建筑結構設計中應用優化技術，首先需要結合建筑物體的整體結構進行分析與探討，進而將整個結構分為幾個細節部分，再融合現代優化設計技術的優點與缺點，選擇合適的優化技術實施方案的選擇與實施。另外需要在相關的參數設計中，結合人工與計算機軟件融合的內容，靈活運用計算機技術，進而得出最優的結構設計方案。

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