结构设计中建筑结构设计优化方法的应用

李春生

摘要：随着我国传统建筑行业科学技术水平的逐年发展，至今已形成了较为成熟的体系，加之现代化、创新化的技术方法的应用为建筑行业带来了良好的市场前景。但值得注意的是，随着社会经济的发展，人民生活水平逐年增加，带动了我国人口数量与人口密度的剧增，这也对传统的建筑领域提出了更高的要求。即在满足房屋建筑安全性、实用性、舒适性的同时逐步提升建筑的美观性与环保性。因此，在进行现代建筑设计过程中要根据上述需求开展工作，逐步优化建筑整体性能。

关键词：建筑结构；优化；方法

21世纪我国社会主义市场经济高速运转，人民物质生活日益提升的同时，有了更高的时代需求。以建筑行业为例，在最大限度满足安全性与稳定性的同时，逐步完善建筑造型的外观，并充分满足可持续发展的社会理念。因此，建筑设计师与施工人员在进行操作时，应具有宏观的整体思路又要有针对细致微观结构的巧妙设计。以建筑安全稳定作为首要原则，采取科学合理的设计手段对建筑整体进行优化。本文意在，以时下建筑结构设计过程中的各类优化措施作为研究对象，分析探讨并提出相关建设性意见与建议。

一、建筑结构优化的理论与现实意义

（一）建筑结构优化的理论

在进行建筑前期结构设计的过程中，设计人员既要充分发挥建筑的实用性与安全性，又要在最大限度上提升建筑的外观。同时，逐步提升规定面积内建筑用地的利用率以满足日益增长的人口数量。基于此类情况，巧妙运用建筑结构的数据分析运算，对建筑的预测情况进行模拟，以达建筑结构的最优目的。以房屋建筑的基本原则作为首要前提，以建筑的整体对称性作为依据，采取合理的设计手段，选取环保的建筑材料开展建筑设计与施工工作。

（二）建筑结构优化的现实意义

在建筑机构设计环节进行优化的目的在于，最大限度提升建筑质量，满足居住需求的同时，逐步完善建筑的外观；在满足建筑施工需求的同时，最大限度减少建筑成本，选取节能环保无污染的建筑材料。即满足时下可持续发展的需求，又在根本上降低了施工的材料成本。即减少浪费，又在客观上增加了企业的经济效益。根据相关建筑行业公布的数据显示，建筑结构的优化设计实施后与以往的未优化的结构设计相比，工程建筑的总体造价有效减少，建筑材料也得到了合理节约。通过对建筑结构设计环节的优化措施，最大限度发挥了建筑材料的性能，建筑各个结构之间协调配合，保障了日常建筑使用的安全性、实用性与稳定性。

二、房屋结构设计中建筑结构设计优化方法的设计步骤

（一）结构优化模型建立

房屋建筑结构的优化环节大致可分为三个步骤：

（1）选择确定合理的设计变量，注意在选择设计变量时，要将建筑设计中有较大影响因素的变量作为参数，以工程造价为主要核心目标，对参数进行一定的控制。将对工程结构影响较小的因素作为预定参数。以此来降低设计的工作量；

（2）确定优化设计的目标函数。根据实际的目标函数，进行方案的设计优化计算；

（3）确定模型的约束条件。在对房屋的可靠度的优化设计中，对建筑的强度约束、变形约束、应力约束、弹性约束以及裂缝约束相关因素中，结构优化方法能够将实际的约束条件与模型的约束条件作出详细对比，保证满足设计要求的基础上，对建筑结构进行最优的设计

（二）设定优化设计计算方案制定优化设计方法时，由于建筑结构的可靠度的设计变量较为复杂，非线性优化方案较多，为了进一步使计算更加方便，可以将约束优化变成无约束问题，再进行计算，实际计算中，通常使用Powell法以及拉式乘法等，根据优化的模型和计算的方法，制定详细的计算程。

（三）程序设计与结果分析

实际结构设计时，可以根据实际情况，制定功能齐全、运算速度较快的综合性应用程序。对计算结果进行比较分析，从而选择出最优的设计方案，充分的考虑问题的全面性，保证建筑结构的合理性、安全性，综合考虑经济与技术的双重因素，使各项资源达到最优配置。

三、结构设计优化方法在实际中的应用

（一）结构设计预期准备

在建筑结构设计的预期准备工作中，应合理协调各个环节间的关系，避免出现某一环节出现失误而影响整体优化设计的现象发生，充分考虑到易造成工程总造价增加的因素。在预期准备工作中，从大局出发，充分考虑到各个影响优化环节的要素，统筹协调合理选取最为恰当的建筑结构形式，以较少的预提投入完成最优的建筑结构设计。

（二）充分考虑细节问题

在执行结构优化的过程中，当出现无法对某个结构的信息进行数据化分析时，合理采取概念化、模拟化的预测。如在进行建筑防风性能的模拟计算环节，由于不同地区的气候存在多变性，难以以概念化、数字化的数据进行分析演示，则可采取概念化、模拟化的预测手段。选取与进行优化的建筑地理位置、气候特征、水文条件等条件的同比差异较小的建筑进行抗风性测试，对此建筑进行数据分析与对比作为进行优化建筑的参考数据，在降低工作难度的同时，提升模拟测试工作的效率与准确性。

（三）地基基础的结构优化设计

在地基基础的结构优化设计过程中，设计师应充分考虑工地所在的地质环境，进而选择合适的桩基类型，选取合适的设计方案，从而减少工程造价，同时可以根据桩端的持力层的具体的厚度，选择灌注桩的长度，对设计方案进行必要分析，充分比较，选择最优方案。

（四）钢筋混凝土的框架结构优化设计

在对钢筋混凝土的框架结构优化设计时，通常会采用准则法，其核心思想是，在取得建筑结构的初始界面时，运用有限单元法，对制定的建筑结构的整体内部结构做出综合性的分析，将建筑结构的整体，逐一分解成为单一的构件，再根据每一种构件的受力情况进行单一构件的结构优化，再运用递推公式，进行逐一计算，最后确定最优的结构设计方法。

（五）建筑结构的计算周期优化设计

在实际建筑施工过程中，建筑结构的实际周期通常小于建筑设计的周期长度，由此导致出现承受的应力较小的情况出现，为了保证建筑施工的质量，可以对建筑结构的设计周期进行削减。对混凝土的框架填充轻质型的墙砌体，其折减系数应尽量控制在0.7～0.8范围之内。如果混凝土的框架填充为重质型，那么气折减系数可以控制在0.6～0.7范围之内。在结构设计优化方法中应注意对建筑结构的整体性的分析，同时需要注意分析各项参数对计算结果的影响，从而保证后期的结构优化方案和设计的安全性和可靠性。运用概念设计和方法检验数据的合理性等方法指导建筑工程的整体性结构设计。以期为建筑工程提高工程的施工质量，降低工程造价成本，提高建筑施工企业的社会效益与经济效益。

四、结语

综上所述，房屋建筑的结构优化环节是提升建筑整体性能的重要手段，在提升建筑结构合理性的同时，有效降低建筑施工的成本，满足日益增长的建筑审美需求、安全性能需求、结构协调性需求等。最大限度保障房屋的整体质量，改善建筑外观，优化建筑性能。在增加建筑企业经济效益的同时，有效提升自身在日益加剧的市场竞争中的地位，完善企业形象，以达提升建筑企业整体实力的目的。

参考文献

[1]高雅茹.建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的实践应用[J].建筑技术开发，2017，44（1）：30-31.

[2]李凯辉.刍议房屋结构设计中建筑结构设计优化方法的应用[J].装饰装修天地，2017（7）.

[3]黄若明.房屋结构设计中建筑结构设计优化方法的应用研究[J].商品与质量，2017（16）.

[4]赵雄飞.关于房屋结构设计中建筑结构设计优化方法的应用[J].装饰装修天地，2017（2）.

[5]胡必伟.房屋结构设计中建筑结构设计优化方法的应用[J].冶金丛刊，2017（7）.