房屋结构设计中建筑结构设计优化探析

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随着人民生活水平的提高，他们对于房屋的功能提出了更高的要求，同时土地价格以及建材物料价格的不断上升，极大地增加了房屋建设时的成本，给开发商带来不小的压力。面对当前的局势，既要满足人们对房屋功能的需求，又要保证房屋的质量安全，还要节约成本减少房屋的造价，开发商必须寻求更先进的方法和手段，以达到在有限的空间上，使用最少的资源建造出安全适用的房屋。建筑结构设计优化方法则能够帮助开发商很好地完成这一任务。

1建筑结构设计的优化方法

建筑结构设计优化方法就是通过对建筑结构的不断优化，以实现其科学合理经济目标的一种手段，优化方法具有以下三个步骤：

（一）建立数学模型

建筑结构的优化设计，首先便要根据建筑的预设建立科学的数学模型，这个数学模型的作用在于能够对其进行相应的数据分析和结构分析，从而判断预设的结构是否科学合理，继而指导设计工作的不断优化改进。

（二）保证建筑结构的质量

对建筑结构设计进行优化，必须要在保证建筑质量与安全的前提下开展。建筑的质量与安全跟结构设计联系紧密。根据建筑的总体要求，在设计结构时要尽量保证刚度中心和质量中心相差不大，以确保建筑不会在水平作用力下发生较大的扭转。另外建筑在平面上的结构尽量规则对称，垂直方向的支撑架构需要始终在一条称重线上。

（三）结构数据分析

第一步已经建立了数学模型，这时便需要选用合理地算法和以及迭代控制方法来进行建筑结构的理论数据分析，从而解决出现的问题。另外，第二步中的建筑结构的质量安全问题，可能在经过部分数据分析之后会难以排除其存在的问题，这就要求设计者必须选择最全面科学的优化算法，以达到最终的目的。

2建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的意义

（一）保证房屋结构安全与功能兼备

功能是建筑建设需要达到的目标，二安全是建筑建设必须做到的指标，两者都是十分重要的。建筑结构设计的优化方法可以根据建设对功能的需要，展开对结构材料、应力作用和结构造型的分析和优化，使其达到结构科学合理的标准。如承重柱始终在一条承重线上，圆形的建筑结构受力更强，三角形的建筑结构相对稳定等。优化方法是使房屋功能和安全性都尽量达到最优的一种途径。

（二）合理降低建设成本

对于一个建筑工程，最终的利润是企业的重要目标。在建设过程中，如是多层建筑，为了保证建筑的功能与基本的安全性，必须对承重墙、承重柱、承重梁等加大投入，以提高它们的抗震性能和承载能力，但随之相应地也就增加了资金的投入，增大了建设的成本。然而，建筑设计的优化方法可以有效地降低建设成本。通过对建筑的结构上的设计，增强其受理性和抗震性等，以减少物料的使用。在保证功能与安全性的前提下，能够设计出更合适的结构方案进行建设，实现功能、安全性与经济一起抓的目的。

3优化方法的实际应用

（一）优化结构模型

对房屋进行整体结构的优化设计，通常包括三个步骤：第一步，设计变量的选择。设计变量的选择主要以设计要求为依据，比如目标控制的相关参数等。而从设计的角度来看，一般选择变化波动较小，或是根据局部的设计和结构要求就能够满足设计需求的参数。这种参数选择方式能够尽量减少设计和编程计算的工作量。第二步，目标函数确定。目标函数是设计工作的指导方向，寻找到满足设计所需要的元素的一组方案，使工程投入费用降到最低。第三步，满足约束条件。约束条件是一个建筑建设过程中必须始终满足的对象，其内容包括结构的强度、应力、尺寸、变形、单元构建和结构体系等，在实际的设计工作中，要保证设计出来的结构，其各项约束条件都满足目标的约束条件，也即符合规范的设计要求，从而做到最优的设计。抗震规范GB50011-2010第3.6.6条明确规定，所有计算结果，应经分析判断确认其合理、有效后方可用于工程设计。

（二）整体和局部的优化

任何一个建筑项目，都一定具备层次性和复杂性两个特点。就层次性来讲，它包括了建筑的设计体系、结构体系和安装体系，这三个大体系之下又包括一个个小的下属体系，在房屋结构的设计过程中，设计人员需要对下属系统进行优化，以打破多个布局之间的关联作用，从而进行工程的叠加。就复杂性来讲，它包括了选取结构类型、选取零部件和选取建筑材料等方面。从两大特点综合来看，在设计中放在第一位的都不是应该局部整体而是整体，这样，才能够达到最优的优化设计。

（三）优化建筑主体

建筑主体决定了房屋的安全性和可靠性。在房屋上部的结构设计中便应该首先建立模型并不断进行优化。过程的第一步是剪力墙的设置，保证其整体质量均匀，从而使刚度中心与结构中心重合，提高建筑对地震和大风的抵抗能力。在设计中，如果满足条件，那么应尽可能地加大剪力墙的长度以减少剪力墙的数量，这样有利于加强剪力墙的稳定性同时降低混凝土的消耗。在剪力墙中一般会设置钢材暗柱，如果剪力墙设计较大则可以相应地减少钢筋的使用，从而降低成本。但如果建筑本身不满足设置较大剪力墙的条件或是要求建筑具备较高的抗压抗震能力，那么就不能进行较大剪力墙的设计。

（四）优化排水系统

排水系统所在的房间通常进行机械设备的存放，由于较大的荷载能力以及荷载强度，应该尽可能将排水系统建在低下室的房间中，根据国家的有关标准，设计管道的预留尺寸和预留深度，并对楼板钻孔的位置进行加固。另外，对于水平走向的管线也需要加以考虑，查看其是否有穿过称重墙称重柱的现象，应极力避免这种现象的出现。如果因为各项综合因素或考虑，无法避免管线穿过相关称重件的时候，那么就需要对被穿的称重件重新加固。

（五）优化节约设计

建筑的设计在除去建筑的安全性、功能性上，最主要的目的显示为了降低工程建设的投入，从而提高房屋的建设效益，因此，控制工程的造价便是关键问题。在设计中通常以优化结构的设计来降低造价。常规的房屋结构包括框架结构、剪力墙结构、框架和剪力墙结合的结构。这三种结构都存在各自的优缺点，结构方案的设计中需要对这三种结构的优缺进行深入的考量，结合实际的房屋需求，同时对造价和效益进行考虑，以设计出最节约的方案。

4小结

建筑结构设计的优化方法能够在对建筑建设的功能性、安全性以及经济性上进行科学合理的设计优化。在当前土地和建材的价格都在持续上涨的今天，建筑结构设计的优化方法凭借其优越性在房屋结构设计中得到了广泛的应用。优化方法种类很多，这里需要设计者根据实际的情况，选择合适的方法进行优化设计。其合理的运用必然能够给房屋的使用者带来舒适与安全的用房体验，同时给开发商带来更高的经济效益，将有利于社会和谐与发展。