建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中应用

探析建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的应用
摘要：建筑结构设计是经验性很强的工作，希望通过大家不断的总结和探讨，提高结构设计的安全性、经济性。

本文对建筑结构优化设计的方法及在房屋结构设计中的应用进行了探讨。

关键词：结构设计；建筑结构；优化技术；应用
中图分类号：s611 文献标识码：a 文章编号：
1.结构设计优化方法
完美的建筑是在满足人们使用功能及视觉感受的前提下，充分满足使用者和社会所期望的各种要求。

依据设计的要求，把力学概念与结构优化设计进行有机结合，让参与计算的量部分可以以变量部分出现，进而形成结构设计优化方案域，运用数学手段，在域中找到可以满足要求的结构优化最佳设计方案。

由此可见，结构优化设计不仅可以提高整体设计水量及设计质量，还可缩短设计周期，从而降低整体工程造价，提高经济及社会效益。

房屋工程分部结构优化设计包括：基础结构方案的优化设计、屋盖系统方案的优化设计、围护结构方案的优化设计和结构细部设计的优化设计。

对以上几个方面的优化设计还包括选型、布置、受力分析、造价分析等内容，在实施过程中，不仅要按照一切从实际出发的原则，更应该结合具体工程的实际情况，围绕房屋建筑的综合经济效益的目标进行结构优化设计。

在满足设计要求后，在进行结构设计时应该尽量缩小刚度、质量中心的差异使平面布置规则，水平荷载就不会使建筑物有太大的扭转作用。

为降低应力集中，竖直方向上应避开使用转换层。

结构优化设计的本质以力学理论和数学规划理论为理论基础，以计算机技术为工具，对建筑结构涉及到的各个变量进行寻找优化决策的先进的设计方法，其本质就是求极值问题。

（1）优化数学模型。

建立正确合理的优化数学模型是结构优化设计的关键步骤，基于正确的优化数学模型是得到正确优化结果的基础。

例如，在优化模型中，数学模型中的等式约束个数应当小于设计变量的个数，这样才能求得最优解。

（2）优化数学算法和优化迭代控制。

对于建立的优化数学模型，虽然可用的优化算法有多种，但是采用不同的优化算法所得到的优化效果和所花费的求解时间会有差别。

所以，快速、有效的数学优化算法也是结构优化设计的一项关键技术。

（3）结构分析方法。

绝大多数的结构优化设计问题难以采用解析法求解，而是采用数值法的方法。

数值解的寻优实际上是一个优化迭代过程，而每次优化迭代都需要进行结构分析。

实现以上提到的关键技术需要经过建立可靠的优化模型，然后采用适当的优化算法进行求解。

这其中选择计算简便且正确率高的优化算法显得尤为重要。

2民用建筑结构设计和经济性的关系
第一点，结构设计和用地之间的关系。

在多层或者高层的民用建筑中，我们常说的总建筑的面积具体讲是每层的建筑面积之和，如果层数越多，那么单位建筑的面积分摊的占地面积相应的就会越小。

然而随着层数日益变多，总体住宅高度也会不断上升，随之屋子间的距离也相应的变大。

通过这一阐述我们了解到，用地节约的多少并不会根据建筑楼层增加而按一定的约数变高。

第二点，结构设计和造价之间的关系。

一般建筑的楼层会在一定程度上影响到单位建筑的面积，但对每部分的结构来讲，具体的影响程度是不一样的。

在屋盖的区域，无论有多少层，都统一使用统一相同的房屋盖。

它跟层数增加无关，所以对屋盖的资金投入也不会加大。

因此，屋盖处的单位面积资金投入会根据层数的不断上升而表现出很明显的降低。

在建筑的基础处，每层都共同使用一个基础，因此随着层数不断增加，相应的基础结构承受的荷重就会增加，因此我们必须要增加基本的荷载力。

基础地区的单位开销虽然会根据层数的增加而呈现出降低的意思，但是这种意思并不像屋盖那样如此明显。

一些承重体，比如墙、梁或者柱等，会随着层数的不断增加而不断地增加荷载能力以及抗震能力等，相应的这些分部的单位房屋造价会有一定的提升。

第三点，高层住宅结构设计与经济性的关系。

一般而言，住宅层数高矮将本质的影响住宅开销，其根本原因乃是伴随层高不断上升，墙体面积和柱体积也会慢慢上升，而且会加大结构自重，进而还会增加柱以及基础承受荷载力，于是让电气以及水卫的管线同比例变长。

如果将层高降低，那么可以有效地节省材料物资，而且还可以节约能源等，对于抗震非常有利，能最大程度的节约金钱输出。

另一方面，减少层高不但可以降低房屋的高矮，有效地缩小建筑和建筑间日照的距离，所以降低层高也在一定程度上对于节约土地资源有很大的作用。

3结构设计优化技术应用实践
结构方案的建立过程即工程结构设计。

伴随急速更新发展的计算机硬、软件产业，凭借计算机、力学、数学一系列方法，将结构设计做到最优化技术推广。

结构优化设计及传统结构设计其设计原则和过程是相同的，不同之处在于传统设计缺少安全、经济性作为衡量准则。

最优设计则是在安全、经济准则基础之上，利用计算机作为辅助技术，非常便利地实现了分析计算、设计、出效果图等整套程序的自动化，大大提升了设计整体效果及质量。

为了达到降低工程造价之目地，在不更改使用性能的基础之上，就要对结构进行最优化设计。

由此可见结构设计优化技术的应用已经是较为宽广的课题之一。

它不仅应用于项目的前期、整体、抗震设计，在旧房改造期间的各个环境均有广泛应用。

结构设计优化技术在应用实践中应注意的问题如下：
3.1前期方案设计期间将结构设计优化参与其中
建筑方案设计前期如有一个优秀的、合理的设计方案，并参与结构设计优化，就会争取到非常优秀的开端。

但目前在前期设计方案中结构设计优化参与其中的并不多，如果能对建筑类别有所针对，并进行合理选择结构设计优化方案，将降低建筑的总投资成本，因此在建筑方案设计初期应注意建筑方案的结构优化设计，考虑结构的合理及可行性。

3.2概念设计结合细部结构设计优化
概念设计主要作用于无具体数值量化现象，比如无确定性的地震设防烈度，现实难免与计算式存在区别，那么设计时应采取概念设
计方法，使数值成为辅助及参考根据。

为达到最佳优化设计效果，设计人员应该灵活运用结构设计优化方案。

与宏观把握相对应的，设计的过程同时要注意对于细部的结构设计优化，比如现浇板中的异形板拐角方向容易出现的裂缝，可归结为矩形板。

钢筋选择时应注意：i级钢和冷轧带肋钢市场价格差不多，但是他们的极限抗拉力相差却相当大，所以在塑性满足要求的情况下，现浇板的受力钢筋就可选择冷轧带肋钢筋。

在做里面设计的时候，外立面上的悬挑板及配筋，应在满足基本规范要求之上，以达到安全、经济之目的。

3.3结构设计优化———下部地基基础
桩基础类型的选择，要依据现场地质条选择最为合适的结构设计优化方案，以降低工程总造价为目的。

例如对灌注桩桩长的选择影响较大的桩端持力层的选择，要多进行比较，最终确定最为合适的方案。

4结束语
我们常说，建筑是凝固的艺术，好的建筑师总希望可以通过建筑来合理的表达本身设计意图，希望拥有艺术性以及实用性能的美妙融合。

建筑结构设计师们应严格遵“安全、经济、合理”的设计理念，努力探索更合理的结构设计方案，保证建筑工程取得良好的经济效益和质量效益。

参考文献：
[1]张炳华.土建结构优化设计[m].上海:同济大学出版社,2008.
[2]汪树玉.结构优化设计的现状与进展[j].基建优化,2007.。