房屋结构设计中建筑结构设计优化方法的应用

胡江

（江西省建筑设计研究总院）

房屋结构设计中建筑结构设计优化方法的应用

胡江

（江西省建筑设计研究总院）

随着我国社会经济的快速发展，加快了城市建设的步伐，而房屋建筑结构设计的质量，将直接影响整体建筑物的功能。所以，结构设计人员首先要注重理念的更新，不断创新跟优化出建筑结构设计方法，主要以符合人们对居住、审美等等方面的要求。本文笔者结合多年工作经验，主要针对房屋结构设计中建筑结构设计优化方法进行了阐述，供同行参考。

房屋建筑；结构设计；优化方法

引言

近年来，随着人们生活水平的不断提高，人们对居住的条件和环境都提出了新的要求。在建筑物整体设计过程中，是设计师进行结构设计和外形设计的结合。而房屋结构策划之中运用建筑结构设计改善技术，不但使建筑物的美学价值得以实现、更提升了建筑物的实用性和经济性，大大减少了建筑所需要的资金投入，有效的促进了建筑物施工周边的生态环境的和谐发展。所以，合理使用此种结构设计技术，可提升房屋建筑的整体效益与功能。建筑开发商最终的目的在于：确保房屋使用寿命与性能，尽可能的减少建筑过程中所需要的资金的投入，有效的对原材料实施节约，最终达到获取更大利益的目的。户主的要求就是要一个房屋结构稳定、抗用、外观漂亮以满足自己的需求，综合考虑业主的需求，这样建设公司才会取得经济利益。

1　房屋建筑结构优化设计的基本理论

1.1基本概念

建筑结构的优化设计就是研究工程在一定的限制下按仍按预定的目标（如可塑性、刚性、耐久性、耐火性、造价最小、重量最轻等）找出的最好的设计。

1.2基本方法

主要有两类方法：

1.2.1准则法

房屋结构在许多个独立的荷载的作用下，使每一杆件最少在一个独立的荷载系下使其应力在容许值范围内，达到重量最轻的目标。这就是满应力设计的准则。它是将各个杆截面的尺寸作为了设计的变量，对结构进行分析，得出各个杆最大的内力，然后用强度的条件建立一个满应力的约束方程，由此求出各设计的变量。实际优化时，经常是以比例满应力法为主。其它还有频率、位移、能量约束和临界力的准则法。

1.2.2数学规划法

主要有非线性规划、线性规划、几何规划、动态规划等。数学规划问题的常用提法有：

求设计变量xk（k=1，2，…，n）

使目标函数W（x）极小

满足约束hj（x）≤0（j=1，2，…，m）当约束条件和目标函数都是设计变量的线性函数时，称为线性规划；当其中之一是设计变量的非线性函数时，则称为非线性规划。

单纯形法是线性规划问题的基本解法。在约束界面上该法由其中一个顶点搜索到另外一个顶点，直到找到最合理的解为止。

非线性的规划一般分成两种算法：①转化法：先把非线性规划由约束变为无约束状态，之后才用无约束的优化算法来求解，叫做序列无约束优化算法，比如说罚函数法……②直接法：在优化时直接与约束联系。而在设计空间可行域中任意选一个点出发则是它的重点，寻找可行点合适步长和正确的方向，从上一个一直到下面一个点，步步检查，逐步地走向其最优点。而其遵守的原则为：在没违背约束的情况下，使目标函数得到改善。走法有最速下降法、不求梯度的复形法等。

受约束的非线性规划还可以用将原本的非线性规划分解成一系列较为简单的受约束的数学规划的方法求解。比如序列线性规划、二次规划、近似规划法等。

2　房屋建筑结构优化设计方法

在对建筑物进行结构设计时，设计师要对建筑物的用料，以及一些施工数据等因素进行综合考虑，要在保证建筑物质量的前提下，进行最小成本的投入，最环保的方式施工，建设出最为科学安全的房屋建筑。在进行建筑物机构设计的时候，要对结构设计进行优化，不仅要满足客户安全舒适的居住环境，还要保证企业的经济效益；另外还要不断的进行外形的美观设计，不断的完善优化结构设计。

结构的优化设计主要体现在两方面：①对整个建筑工程结构的优化设计；②对单个房屋建筑的结构设计，不仅要对房屋的整体结构进行优化设计，还要对房屋的内部结构以及一些细节上的结构进行科学合理的设计，设计前要考虑到成本造价，布局以及各个部分的结构安排等因素。

对建筑物的结构进行优化有很大的收效，不仅可以降低成本的投入，而且利用了有限的空间和充分的使用建筑材料。保证了建筑物的安全，使得各个单元科学合理的结合到一起，是现代建筑业最为经济、科学、安全、实效的技术手段。

3　房屋建筑结构优化设计的实施

在对房屋建筑进行结构优化技术时，要科学合理的遵循结构设计的规范。建筑领域对于结构设计，国家是有相应的法律条文规范的，所以建筑业的结构设计师，要在法律的前提下进行建筑物的结构设计。国家对建筑行业的要求是非常高的，建筑物的质量以及实效性是非常重要的，所以这就要求建筑行业设计师的专业水平过硬，要有相关的实践设计经验并且要有成功的设计案例。在对建筑物进行结构设计时，要考虑全面，要保证设计出的结构安全以及质量过关。我国的法律现状对于房屋结构的设计覆盖不够全面，有大框的法律条文，但是对建筑工程覆盖面小，对一些细节上的东西没有相关的规定，有些条文规定，已经不能符合现有的工程建筑，所以这样使得很多人钻法律的空子。虽然有些地方法律条文没有硬性的规定，但是工程建筑行业要规定出自己的规范制度，提高对设计师的要求，提高设计师的综合行业素质。设计师本身要提高自己的法律意识，要对工程的质量负责，在对建筑物进行结构设计前，要进行多方面的勘测与调查，对房屋的相关资料和信息加以掌握，并进行统计分析，得出准确可靠的数据，再经过与各个部门的沟通与审查，最后结合多方面的意见，慎重的筛选出相应内容，最后进行结构设计优化方案。

建筑工程中的结构设计不是一个单独的工作，是一个系统性的工作，这就需要在结构设计时，要与各个先关部门进行协调与配合。建筑工程是由建筑施工，结构设计和施工设备三大关键点组成的，缺一不可，所以无论是哪一个部门进行工作时，都不是独立的，都要做到与其他部门进行沟通合作，只有良好的沟通与协作，才能使各个部门完美的结合到一起，把整个工程建设结合到一起，达到建设的完善。在工程建筑中，要有效的将建筑设计与结构设计结合到一起，只有两者进行结合，才能在保证建筑物结构美观的基础上，各个部分受力均匀，保证建筑物的安全质量。两者在设计上进行沟通合作，还可以在最大程度上降低施工成本的投入，合理的利用有限的空间，合理的利用建筑材料。建筑设计与结构设计沟通合作，可以减少施工中出现结构设计无法实践的问题，提高施工的进程，避免不必要的麻烦。现在很多设计师，不与各个部门合作，在设计时只顾自己设计的新颖与独特，不考虑施工中的难度，并且现有的施工设备根本就完成不了设计师的设计要求；还有一些设计师，不考虑安全性能，只考虑建筑结构的美观。各个专业与部门的合作可以在很大程度上减少这些事情的发生。

4　房屋建筑结构优化设计技术的应用

在对房屋进行设计时，都是将房屋结构的优化设计技术与建筑设计结合到一起的，建筑设计前，都是要先考虑房屋结构设计的，都是从房屋的布局进行的，然后根据不同结构的受力进行有针对性的荷载分析，算出相应的数据，设计出施工中对材料的要求。有些数据的分析，电脑是无法完成的，需要工作人员进行反复的分析才能得出，所以在对数据进行分析的时候，工作人员要根据结构设计进行分析整理，并且积极与设计师沟通，对每一个结构的数据进行分析整理，并且记录在案，这样可以作为以后设计以及突发事件的依据。

结构设计的优化处理还可以满足建筑物的抗震需要。结构设计的优化已经不单单只是提高经济效益和美化建筑了，在建筑的防震方面也起着很大的作用。大自然给人类带来的突发事件是不可预料的，建筑物屹立在大地上，承受着各种各样的环境干扰，但是房屋的建筑结构设计，在这一点上保护建筑物的安全问题，即使受到不同的环境影响，建筑物的结构设计可以将建筑物受到的损坏降低到最小，最大程度上保护人们的安全与财产。很多事故地震的发生是预测不到的，所以在对房屋建筑的时候，都会采用防震的措施，而这防震的措施基本都表现在房屋结构的优化设计上，在结构设计的材料选择上，选择一些高科技的抗震材料，提高建筑物的抗震能力。

5　结束语

总之，房屋结构优化设计在生活中应用的越来越多，结构优化设计不是一个单独的工作，是需要各个部门进行合作的，设计人员要积极与各个部门进行合作，并参与到施工建设中，不断的完善结构的设计，让结构设计与实际的施工共同进步。房屋的结构设计影响着整个房屋的质量问题，所以设计人员要负起相应的责任，遵循法律的规章制度，在保证安全的基础上，设计出投资最小，最为环保、实际的结构设计图。在实际生活中，保障人们的人身与财产的安全，提供最优质的生活环境。

[1]蒋启平.工程结构优化设计的新方法[J].工业建筑，2008.

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TU318

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1673-0038（2015）21-0019-02

2015-5-6