房屋结构设计中的建筑结构设计优化

摘要：本文根据自身的工作经验，对房屋结构设计中的优化方式进行阐述，满足建筑企业的可持续发展。

 

关键词：建筑结构设计；优化方法；房屋结构设计

 

1.结构设计优化方法概念

 

结构优化的目的是满足房屋建筑的基本功能需求和舒适度要求，满足建筑质量安全和美观度要求，对房屋建筑结构造价进行控制。建筑房屋结构设计优化需要对空间资源、设备资源、材料资源、经济资源进行充分利用和合理配置。这种优化设计比传统的设计能够节省5％一33％的工程造价，所以在项目施工中，要从建筑结构设计优化的方法出发，结合现场实际情况，一切从实际出发，提高工程的经济效益。根据建筑设计的总体要求，结构设计要尽量减小质量中心和刚度中心的差异，保证建筑在水平荷载的作用下不会产生很大的扭转效应。建筑平面结构尽量采用对称和规则方式，在满足建筑相应的功能条件下，使竖直方向上相应的承重构件保持上下贯通。为了保证结构的简洁性和设计的简单性，尽量减少转换层的使用。竖向刚度采取渐变的方式，避免水平荷载作用产生应力集中，产生刚度突变。

 

2.房屋结构优化设计内容

 

建筑结构设计优化包括很多内容，主要分为房屋总体结构和分部结构优化两个部分。总体结构优化包括房屋基本结构优化、房屋顶部结构优化、房屋维护结构优化、房屋细部结构优化等。不管是总体结构优化还是分部结构优化都对选型布置、结构造型、构件受力、工程造价等进行了合理的优化，在此基础上对结构形式进行创新，把设计对象设计的更为完善。

 

3.结构设计优化方法的意义

 

3．1优化设计，保证结构功能性

 

结构优化设计能够根据工程的需求对结构造型、受力性能、结构材料等进行优化配置。比如选择圆形、方形的结构进行方面平面设计能够增加结构的受力性能。因此，工程结构的优化技术，是工程实现既经济又安全，既美观又实用的途径。

 

3．2节约造价

 

建筑工程造价控制是保证企业经济利润的关键因素。结构优化设计能够降低15％到30％的工程造价，具有实际的经济性。房屋建筑大多是多层建筑，甚至很多都是高层建筑，层数的增加会因为建筑面积的增加而增加投资。层数增加对结构承载力的要求也随之增加，为了保证结构的安全性，承重墙、梁、柱的承载等级和抗震性能都要随之增加，因而提高了房屋的造价。合理的结构设计能够根据建筑结构的空间和层面，增强结构的各种性能，结构设计受力性增加、抗震性增加不断可以减少结构所需物料，还能减少基础和装修物料，达到统一协调的目的，实现了结构的经济安全。

 

4.结构设计优化中建立模型的步骤

 

系统结构优化设计模型是选择结构中影响变量的主要参数来建立相应的函数模型。这种模型的建立能够运用科学、合理的计算方法得出较好的优化方案。建立模型需要划分为三个步骤。

 

4．1确立设计变量参数

 

变量的选择对最终设计方案的确定有着重要的数据参考意义。建立模型首先要对设计中变量的参数进行筛选，选择对总体结构有较大影响，变化幅度小，考虑因素少的参数错位参考指标，降低结构设计、计算的工作难度。

 

4．2确定相关目标函数

 

然后对工程中各种参数进行按照重要性进行属性划分将影响不大的参数定为预定参数，减少函数模型中的计算量。确定目标函数后，找出符合条件的最优解。然后根据房屋结构的应力约束、结构强度约束、裂缝宽度约束等一系列约束条件进行优化设计，保证结构的合理性。

 

4．3衡量条件

 

系统结构优化设计方案涉及到多个变量和多个约束条件，可变性较大。约束条件包括房屋尺寸、架构稳定性、受力限度、变形限度结构可塑性程度等，设计者要根据房屋建造规条把施工中的约束条件和目标确定的约束条件进行比较和分析，保证各种条件符合相关规定，实现优化设计。

 

在设计优化的过成中要化繁为简，将约束条件转换成约束条件进行计算。计算方法常有符合型法、以及Powdl法等。计算的过程中编制相应的运算程序进行辅助优化，最终得到最优化的结果。

 

5.概念设计在房屋结构设计中的优化

 

房屋结构设计优化的方法多种多样，每一种方法有其适用性，要根据不同的建筑设计效果和建筑环境来决定。在选择合理的优化方案过程中要对房屋建筑工程的实际情况进行了解和分析，保证优化方式的适用性和经济性。

 

概念设计是结构优化中常用到的一种方法，可以通过设计人员的经验来选择灵活的设计方案。对于已经确定结构布置的房屋，会在考虑相同荷载作用的情况下选择不同的分析方法。房屋建筑的设计选用的设计参数指标、选择用的建筑材料和荷载标准值得去法等都有很大的不确定性，在实际工程过程中，会出现与现实不符合的情况。这些因素的影响性可以通过设计人员来判定。经验丰富的房屋建筑设计人员，可以根据自身的经验和以往的数据作为参考，对房屋建筑的情况进行全面综合的考虑，然后做出合理正确的判断。把工程中“人”的灵活性和智能型发挥的淋漓尽致。房屋建筑结构中概念优化设计的关键点是设计人员的理论知识和实践知识，理论知识和实践知识越丰富的设计人员越能够实现对房屋结构的优化设计。房屋概念优化设计的关键在于设计人员的经验积累，经验越丰富的设计人员，就越能实现房屋建筑结构的优化设计。

 

6.结构设计优化注意事项

 

选择合适的结构类型。不同的房屋建筑工程由不同的结构形式。常见的类型主要包括短肢剪力墙结构、框架结构、框架～剪力墙结构。这三种类型各具特色、各具优缺点，在选择类型的过程中要充分结合房屋功能需求以及工程的经济能力，在保证质量的前提下平衡投资和收益，保证工程利益的最大化。短肢剪力墙结构大多运用于高层建筑中，主要特点是以混凝土结构技术规程为依据，对钢筋数量要求不高，对剪力墙抗震要求较高；框架结构对空间的优化效果最为显著，空间大、不仅灵活、造价低。但是抗震能力较低，柱截面较大，形成的柱角凸出部位会影响家具的摆放；框架一剪力墙结构是合理布置一定数量的剪力强，有较好的抗侧力，还能增强适用性和合理性。

 

7.结语

 

结构设计优化的技术方法可以使房屋更加坚固美观，能够满足人们对建筑产品的品质要求不断提高。在以后的结构设计过程中，还要进一步优化建筑结构的设计方法，可以使建筑物的设计更为实用，更为安全，更为美观经济，提高建筑物的质量，保证建筑企业的经济效益。参考文献

 

[1]陶小林，杨杨．浅谈房屋建筑结构设计中的应用优化技术[J]．科创新与应用，2013(16)：264．

[2]张炳华．土建结构优化设计[M]．上海：同济大学出版社，2008：34