關于建筑結構設計優化方法在房屋結構設計中的應用探究

李小龍

摘要：隨著經濟的發展及生活水平的提高，人們對房屋建筑設計提出了更高的要求，在房屋建筑設計中，不僅要考慮房屋建筑的安全性和可靠性，也需要充分考慮房屋建筑的美觀性和經濟性，因此，將建筑結構設計優化方法應用在房屋結構設計中，從而實現房屋建筑的經濟效益最大化。

關鍵詞：房屋建筑；優化方法；房屋結構設計；應用；經濟性；美觀性

中圖分類號：TU3 文獻標識碼：A

面對當前市場競爭的日益激烈，為了使建筑企業在市場中具有競爭優勢，在房屋結構設計中，做好房屋建筑的初始工作，房屋結構設計質量的好壞直接決定了房屋建筑的性能和質量，因此，為了充分體現房屋結構設計的美觀性、經濟性、適用性和安全性，將建筑結構設計優化方法應用在房屋結構設計中，從而滿足當前市場經濟的發展需求。

一、建筑結構設計優化方法概述

對于建筑結構設計優化方法，其不僅可以滿足房屋結構設計的美觀性和經濟性，也可以滿足房屋結構設計的安全性、適用性和施工方便性，其主要體現在基礎結構方案的優化設計圍護結構方案優化設計等房屋工程部分結構的優化設計方面和房屋工程結構總體的優化設計量方面[1]，第一，在房屋工程分部結構的優化設計方面，不僅制定最優的結構設計方案，也需要明確房屋結構設計的規劃目標，注重房屋荷載能力、應力集中和剛度的控制，減少房屋建筑的施工成本，從而實現房屋建筑經濟利益最大化；第三，在房屋工程結構總體的優化設計方面，其主要體現在結構優化設計模型和結構優化設計計算方案方面，其中，結構設計優化模型是指對變量中的函數模型進行優化，在函數模型優化過程中，選擇合理的設計變量，區分變量中的重要參數，確定設計變量中的目標函數，從而找出既定條件下的最優函數。對于結構優化計算方案，由于房屋建筑結構設計中的變化因素、限制因素較多，房屋建筑結構設計具有一定的特殊性，因此，在房屋建筑結構計算中，充分利用復合形法和拉式乘子法將限制因素轉化為無限制因素，優化計算方案，并利用電腦對房屋結構設計的運算方法進行編程，從而得出最優的計算方案，

二、房屋建筑結構設計優化方法的重要意義

房屋建筑結構設計優化技術具有重要的現實意義，隨著房屋建筑建設成本越來越高，加強房屋建筑結果設計顯得尤為重要，其不僅可以實現經濟利益最大化，也可以增強房屋建筑的美觀性、經濟性、安全性、適用性和施工方便性等，因此，對于大多數建筑企業來說，降低房屋建筑的建設成本，實現經濟效益的最大化是當前房屋建筑商的主要目標，而對房屋建筑結構設計進行優化可以實現經濟利益最大化的目標，與傳統的房屋建筑結構設計相比，結構設計優化可以實現房屋建筑內部結構之間的相互協調性，也可以減少建筑材料的成本，同時也可以達到房屋建筑結構規范所規定的安全度，據資料表明，在房屋結構設計中應用建筑結構設計優化方法，其可以使建筑工程造價降低7%~34%，因此，建筑結構優化技術對房屋結構設計具有重要意義，其是實現房屋建筑經濟性、適用性、安全性、美觀性、施工方便性的有效途徑。

三、房屋建筑結構設計中應用結構設計優化方法研究

（一）房屋結構設計優化步驟，對于建筑結構設計優化方法在房屋結構設計中的應用，第一，建立房間建筑結果優化模型，首先應對設計變量進行合理選擇，將房屋結構造價、約束控制相關參數等目標控制相關參數作為房屋建筑的設計變量，雖然房屋建筑的設計變量較多，但目標控制相關參數是最主要的，因此，在結構設計優化中，首先應確定目標函數，注重在預定條件下鋼筋截面的面積、鋼筋失效概率函數、截面幾何尺寸等參數的確定，采用預定參數的方式來優化函數模型，從而減少設計人員的工作量，以保證房屋建筑工程造價降到最低；其次，確定約束條件下的相關參數，在房屋建筑結構設計優化中，注重房屋結構可靠度的優化是非常重要的，通常房屋結構設計優化的約束條件主要包括建筑裂縫、應力集中、結構剛度等，針對約束條件的確定，應從兩個方面進行分析：一方面，從可靠指標到確定性的約束條件；另一方面，從正常使用極限狀態下的彈性約束到最終極限狀態的彈塑性約束條件，通過分析比較目標條件、實際約束條件之間差距，以保證房屋結構設計中的約束條件都滿足規范標準要求，從而實現最佳的房屋結構設計。

第二，房屋建筑結構優化設計的計算方案，以房屋建筑結構設計的可靠度為基礎，在分析計算過程中，充分考慮房屋建筑結構設計多約束、非線性優化等問題，將多約束的優化問題轉換成無約束優化問題，采用復合形法和Powell法來進行優化問題的求解[1]，同時也可以采用拉式乘子法來進行求解，這些常用的優化設計的計算方法可以將復雜的多變量轉化為簡單的設計變量，從而實現優化求解過程，因此，在優化設計計算方案中，設計人員可以合理采用拉式乘子法、Powell法和復合形法來進行求解。

第三，結果分析，當房屋結構優化模型和優化設計計算方案確定完成后，則需要進行程序的相關設計，在電腦上編寫關于房屋結構設計的應用程序，從而選擇最佳的設計方案，在房屋結構設計方案選擇中，應根據房屋結構的經濟性、美觀性、成本高低等來選擇設計方案，同時也應注重經濟成本與技術條件的優化，從而滿足房屋結構設計的相關要求。

（二）建筑結構優化設計在房屋結構設計中的實踐應用，在結構設計優化技術的實踐應用中，第一，應注重結構優化設計的前期參與，尤其是工程造價的優化設計，以經濟利益最大化為目標，從而選擇最佳的房屋結構設計方案；第二，采用概念設計優化技術，尤其是房屋系部結構設計優化，在結構設計中，應充分考慮防震、裂縫等問題的發生，在防震設計中[2]，采用概念法對不確定數值進行優化設計，確定防震的參數大小，對于澆筑混凝土異形的板料，尤其是房屋建筑的拐彎處，其容易發生混凝土開裂現象，在設計過程中，設計人員可以選擇矩形板的方式來進行設計，并注重鋼筋材料的選擇，使房屋結構設計優化達到最佳效果。對于房屋下部地基基礎結構的設計優化，地基的設計質量好壞直接決定了房屋建筑質量，因此，在地基基礎結構優化設計中，應根據房屋建筑施工現場的地質條件來選擇樁基類型，為了減少房屋建筑的工程造價，分析比較多種房屋結構設計方案，選擇最優的房屋結構設計方案，以保證地基基礎結構設計質量到位，從而確保整個房屋建筑結構質量。

結束語：

房屋結構設計質量的好壞是確保房屋建筑質量的關鍵，同時也是降低工程造價的有效途徑，因此，為了實現房屋建筑經濟利益最大化，注重房屋結構設計，將建筑結構設計優化方法應用在房屋結構設計中，建立房屋建筑結構設計優化模型、設定優化設計的計算方案，并采用概念設計的方法對房屋建筑結構的設計進行優化，尤其是房屋系部結構設計優化和下部地基基礎結構的設計優化，選擇最佳的設計方案，以保證房屋建筑質量，從而為人們提供安全、舒適的居住環境。

參考文獻：

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