广西合筑工程设计有限公司 530001
摘要：在房屋建筑结构设计中，安全性、施工便利性、经济性、实用性以及美观性，是需要重点考虑的五个问题。基于此，在设计建筑结构时，有必要对建筑结构进行优化，以使建筑结构合理、安全可靠。本文主要探讨建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的应用。
关键词：建筑结构；优化方法；结构设计
随着人们生活水平的不断提高，人们对于建筑的要求已经超越了实用性和安全性，对于建筑的经济性和外观也有较高的要求，此外建筑设计中，还需要考虑到施工的便捷性等问题，由此形成了房屋建筑结构设计中的五个基本问题，即安全性、施工便利性、经济性、实用性以及美观性。当然，在房屋建筑领域，结构设计不仅对房屋建筑的结构稳定有重要影响，还影响到工程总造价，而房屋建筑结构设计进行优化，不仅能够进一步强化房屋质量，而且可以节约资金，提高工程效益。
一、建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的应用步骤
1、建立建筑结构设计优化模型
在对房屋建筑结构整体进行优化设计的时候，首先需要对设计变量进行科学合理的选择。对于变量的选择，一般是将对建筑结构有重要影响的主要参数作为设计变量，其中一类是目标控制的相关参数，如建筑结构的造价值c1、建筑损失的期望值c2；另一类是建筑约束控制相关参数，如建筑结构的相对可靠度ps等。在参数选择中，对于一些影响不大、其变化范围也不是很大的参数，可通过设置预定式参数的方式来表示，这样就能够在结构优化设计过程中，减少设计数量和计算数量，同时也大大减少了编制程序的工作量。
在确定选择的变量以后，进行结构设计优化，还需要寻找一组能够满足相关的预定条件的截面相应的几何尺寸、钢筋的截面积以及相应的失效的概率的函数，通过函数来优化结构设计，同时控制工程造价。
对房屋结构设计的优化而言，确保建筑结构的可靠度，是一个重要的前提，因此在建立建筑结构设计优化模型时，必须必须针对此确定与结构设计优化相关的约束条件。设计优化的约束条件具体可包括：建筑裂缝的宽度约束、建筑本身的强度约束、尺寸大小的约束、构件的相关约束、结构体系相关约束等约束条件。在结构设计的优化中，要对目标约束条件与实际的约束条件进行比较与分析，确保每个约束条件都符合实际情况，实现最优设计。
2、设定优化设计的计算方案
以建筑结构的可靠度为约束条件，而确定的结构设计优化模型，往往具有多约束、非线性等特点，并且具有复杂的多变量。在具体的计算时，一般一定的方法将有约束的优化问题，转化为无约束的优化问题，以进行相应求解，相应的方法有拉氏乘子法、Powell法、复合形法等。
3、设计相关应用程序
在建立房屋建筑结构优化设计的基本模型、确定设计时应用的相应计算方案以后，为提高运算速度，更好地实现优化效果，可以运用计算机程序，编写一个运算速度快、功能齐全的综合性应用程序，这样能够使整个结构优化设计更加全面、有效率地实施下去。
4、综合结果分析
在房屋建筑结构设计的优化过程中，需要根据一定的计算结果进行相应的分析，进而选择出效果最佳的设计优化方案。而在对计算结果的分析过程中，要全面地考虑所有相关问题，并从多角度对问题进行分析。对综合结果进行分析，以选择最优的设计优化方案，这一过程是房屋建筑结构设计优化过程中所必不可少的一环，这样不仅能够保证房屋建筑整体的安全性、实用性及美观，而且还能影响工程造价。
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二、建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的具体应用
1、分阶段优化和寿命优化
在一定的时间内，每个工程项目都具有一定的使用年限，而在每个阶段都有多种设计方案供挑选，从这个意义上来讲，也就是说在每个阶段，都可以进行结构设计优化。因此，房屋结构设计人员，在确定结构设计优化方法的时候，应该结合房屋建筑各阶段的特点，从而优化房屋建筑结构整体工程的寿命，同时保证工程施工质量。
2、整体优化和局部优化
任何一个建筑工程的结构设计都具有复杂性和层次性等特点，从复杂性角度来看，房屋建筑结构设计优化中包含了对建筑材料的选择、对建筑零部件的选择、结构类型的选择等；而从层次性角度来看，结构设计优化又包含了建筑的整体设计体系、结构体系及安装设计体系，而不同的体系又包含了多个下属体系，在房屋建筑结构设计的优化过程中，结构设计人员不仅应优化各下属体系，更应突破相应界限，实现叠加型工程，即对房屋建筑结构的优化，要从整体着手，实现建筑的整体设计优化。
3、上部结构的优化
要想通过模型构建，来优化房屋建筑的上部结构，就需要合理布设剪力墙，这是房屋建筑上部结构的基础。合理布设剪力墙，首先要确保剪力墙的质量均匀，以此来促使楼层中平面刚度的中心点与楼层整体结构的重心相结合，双心合一能够减小地震、风力等外部荷载作用对房屋的扭转影响。此外，为减小钢筋、混凝土等建筑材料的使用量，如果房屋建筑类型允许，可应用大开间的剪力墙构造，增加剪力墙的墙肢长，减少墙肢数量，这种结构设计优化方法能够确保房屋结构符合标准，并降低混凝土的使用量，而且由于剪力墙中暗柱一般都是使用钢筋建材，使用大开间的剪力墙构造能够减少钢筋的使用数量。当然在对房屋结构设计优化时也需要注意，如果房屋建筑所在地区地质环境较差，而建筑对抗震抗压的要求较高，就不可采用大开间的剪力墙结构。
4、结构与建筑的协调优化
在对房屋建筑结构设计进行优化的过程中，要注意房屋建筑整体结构与整体平面之间的协调性，以此来实现建筑美观、结构合理的效果。在布设建筑柱及墙体时，应以房屋建筑的平面功能需求为基础，使每个房间的进深、开间都保持统一。在进行楼体的设计优化时，在应力集中或受力方向较多的转角区域，应选择高强建材作为承重构件，以起到降低自重的作用，而对于非承重构件，可采用质量较轻的建材。同时房屋建筑系统应尽可能保证简洁，去除墙与柱之间的错位情况，确保每一层的高度与截面空间相通。
5、结构与排水系统的协调优化
排水系统是房屋建筑中不可缺少的一个系统，在建筑结构设计优化中也应注意结构与排水系统的协调。房屋建筑排水系统的专用房间，一般都有较多的机械设备，因此该房间所受到的负荷强度相较普通房间更大，基于此，在房屋结构优化中，可将给排水系统专用房布置于地下室。由于给排水专用房中管道较多，并且大小不一，在设计时应保证预留的孔径尺寸及预埋的深度符合标准，并且在楼板的钻孔位置处要做好加固措施。此外，对于一些水平方向的管道还需要予以注意，因为其可能会贯穿柱或梁，在结构设计优化中要着力避免这种情况。如果管道在设置中必须穿过房屋建筑的承重墙，那么也应该对墙体进行必要的加固。对于房屋建筑整体结构与排水系统的协调优化，还需要预防管道出现绕柱或者绕梁的现象。
6、结构与电气系统的协调优化
对于房屋建筑结构与电气系统的协调优化，一般地，电气管线的安装都是以导线的形式安装于金属管体的外部或者墙体、楼板的地方，这种安装方式，往往会对预制结构施工构成阻碍。因此在结构设计优化中，如果管线需要穿过梁体，则应在梁体预制时提前预留孔洞，同时保证墙体厚度与梁的宽度保持一致。如果无法保持一致，则至少应保证墙体一侧平面与梁的侧平面齐平，保证管线不会裸露在墙体外部。
三、结语
建筑结构设计优化，在建筑设计中具有重要地位，其不仅能够保证建筑设计方案符合相应的技术要求，还可以降低工程造价。在房屋结构设计中，应用结构设计优化方法，能够保证建筑功能，提升建筑施工质量。
参考文献：
[1]邹俊.建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的现实应用[J]科技传播，2010（10）
[2]佟月强，郝明.试论结构设计优化技术及在房屋结构设计中的应用[J]科技与企业，2012（04）
个人简介：
张英浩（1989.8-），男，广西桂林人，助理工程师，本科，从事建筑工程结构设计工作。
论文作者:张英浩
论文发表刊物:《基层建设》2015年17期
论文发表时间:2015/12/1
标签：结构设计论文; 房屋建筑论文; 建筑论文; 建筑结构论文; 结构论文; 房屋论文; 方法论文; 《基层建设》2015年17期论文;