房屋结构设计中建筑结构设计优化方法的应用

李颖芬

（鹤山市建筑设计院有限公司 广东江门　529700）

房屋结构设计中建筑结构设计优化方法的应用

李颖芬

（鹤山市建筑设计院有限公司 广东江门529700）

随着我国的经济快速发展，建筑业也不断发展。对于现代建筑而言，只有合理的规划设计是远远不够的，由于人们生活水平的日益增长，对建筑的外观要求也越来越高，这给建筑业带来了新的挑战。本文主要针对建筑结构设计优化方法在房屋结构中的应用，进行了相关研究，根据我国现阶段的建筑发展和社会国情，分析了房屋结构在设计中存在的一些问题，并提出了相关建议和具体的应对措施。

建筑结构；优化方法；房屋结构

由于强大的市场竞争背景，使得建筑行业在技术上面临着巨大考验，特别是优化建筑结构的设计方法，其好坏直接影响建筑物的质量[1]。此外，采用优化建筑结构的设计方法可以提高资源利用率，降低开发商的投资成本，减少浪费，节约资源，促进经济可持续发展。因此，在进行建筑结构设计时，需要采用优化方法来满足建筑结构的经济性、安全性以及观赏性。

1　建筑结构设计优化在房屋结构中的应用意义

近年来，房屋结构设计的技术一直在不断完善，为了迎合市场需要，只有通过采取优化方法才能在取得利益的同时，达到成本控制[2]。①建筑结构设计优化方法应用到房屋结构设计中，可以有效提升房屋质量，使房屋的外观更具有观赏价值。②通过优化结构设计，可以合理配置资源，节约成本，提高企业的市场竞争力。同时，通过优化结构设计，为建筑施工过程提供了科学的施工方法，保证了房屋设计的合理性。总之，建筑结构设计优化在房屋结构设计中的应用意义重大。

2　结构设计优化技术应用的注意事项

2.1在应用过程中应注意前期参与

目前，很多建筑师在进行结构设计时都忽视前期方案的参与，使得建筑的结构设计受到很大影响，尤其是在合理性和可行性方面都有很大偏差，从而影响建筑的整体质量[3]。因此，结构设计优化的前期参与对建筑结构有着重大意义，不仅保证了建筑质量，还降低了施工难度，减少了成本投资，为整个房屋设计都打下了良好基础。

2.2概念设计结合细部结构设计优化

一般来说，为了避免一些突发事件的影响，在结构设计过程中，都应采取概念设计的方法，减少计算误差，确保设计的精准度。在采用概念设计时，需要将数值作为辅助和参考的依据，要求设计人员结合细部结构设计优化，取得理想的设计效果。

2.3下部地基基础结构设计优化

由于桩端持力层对灌注桩桩长的选择影响很大，因此，在对地基基础的结构设计优化时，要根据施工条件和地质情况来决定优化方案。为了减少资源浪费，避免充分工程，可以采取设定多种方案，通过多方面的比较，最后决定最适合的结构设计优化方案[4]。

3　结构设计优化技术的具体应用步骤

3.1结构优化模型

主要通过三个步骤完成：①选择设计变量。通常情况下，都会把对结构设计产生主要作用的参数选为设计变量，其他对结构设计影响不大或只是针对局部设计的参数作为预订参数，这样的做法可以有效提高设计的效率，减少工作量；②确定目标函数。选用一组满足预定条件的截面几何尺寸和钢筋截面积以及失效概率，达到减少成本的作用[5]；③确定约束条件。在房屋结构设计中，主要包括尺寸约束、结构强度约束和结构体系约束等。要达到最优设计，必须比较房屋结构设计中实际的约束条件与目标约束条件，从而保证各约束条件都符合标准。

3.2确定优化设计计算方法

由于房屋结构设计是一项极其复杂的工作，在优化方面，需要考虑复杂的多变量和多约束非线性等问题，在计算过程中，通常是将有约束优化问题转化为无约束问题求解。一般都利用复合形法、拉氏乘子法和Powell法等优化设计计算方法。

3.3程序设计

在程序设计方面，不仅要考虑结构优化模型以及优化设计计算方法，还要编制功能齐全、运算速度快的综合程序。

4　建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的应用要点

4.1选择节能指标较高的结构类型

房屋结构形式的选择对于建设模式有着重大影响，一般都是采用以下三种结构：

4.1.1短肢剪力墙结构

所谓短肢剪力墙结构，就是以混凝土结构技术规程为依托，主要运用在高层建筑。这种结构在抗震功能和配筋率上明显高于普通剪力墙，由于短肢剪力墙结构钢筋使用数量不多，所以在应用时要结合实际情况来考虑。

4.1.2框架结构

框架结构具有布局灵活性强和造价成本低的优点，由于柱截面较大，形成的柱角凸出部位会影响屋内美观，所以不建议采用。

4.1.3框架-剪力墙结构

框架-剪力墙结构就是结合以上两种的功能，即在框架结构中进行剪力墙的布置，在布置过程中要注意合理性，该结构具有适用能力强和抗侧力较好的优点，而且可以灵活抵挡各种变形。

4.2细部优化

4.2.1抗震缝的处理

由于抗震缝以往的标准不能避免碰撞，因此，要增大抗震缝的间距，保证房屋结构的安全性。

4.2.2悬挑梁的设计

当出挑长度较短时与挑板不同时，挑梁的自重占总荷载的比例较小，悬挑梁作成变截面难以减轻自重，且施工难度较大，因此，适合做成等截面。但是对于外露的大挑梁可结合实际情况做成变截面，增加建筑美感。

4.3结构设计信息优化技术

房屋建筑结构设计过程比较繁琐，不能采用单一的方法，需要借助优化软件来提高工作效率。可以采用TBCAD系统，该系统的优化处理通过两个时间段进行，包括材料的分配调整和构件强度。其中，对材料的分配调整时，为了达到侧向刚度的要求，使用最少的混凝土，系统在这个时间段的目标函数是混凝土的使用量，而结构构件的断面大小则是设计的变量。其次，对构件强度的优化是通过对构件结构的断面大小以及钢用量的调整，在达到构件的强度要求的同时，还降低了结构的造价。

4.4材料的优化选择

房屋建筑结构设计的最佳效果就是用最少的成本做出高质量的建筑，这就要求重视对材料的优化选择。在选择过程中，要控制好钢筋与混凝土强度的配比，充分发挥材料的优化作用。

5　案例分析

5.1工程概况

以某房屋建筑为例，从各方面分析结构设计的优化方法，房屋的具体信息详见表1，建筑框架结构详见图1。

表1　某房屋建筑的基本信息

图1　某房屋建筑框架结构平面图

5.2房屋结构体系的选择

由于该房屋结构主要考虑的是框排架结构，因此在优化设计时，采用的是单向钢架（横向）结合支撑（纵向）的体系。在设计主框架结构时，以等截面的标准来设计夹层梁和屋面梁。

5.3夹层楼面次梁的设计

在优化设计过程中，以平面结构模型为框架模型。对于夹层楼面次梁的设计，主要分两个步骤：①夹层处按照空间建模，楼面梁按照非组合梁计算；②磁疗采用铰接连接，设计参数都要控制在标准范围内。

5.4墙梁的设计

为了减少成本，节省钢量，在墙梁设计时，可以采取减薄钢板厚度的方法来满足设计要求。

5.5系杆支撑系统的设置

该工程的柱顶采用的是圆管作为系杆，吊车梁标高处采用的是吊车梁作为系杆，这样的设计可以明显减少柱平面外的计算长度，降低难度。系杆支撑系统的设置还要根据变化适时调整支撑截面。

6　结束语

鉴于人们的审美意识逐渐增强，建筑物不仅要具有经济实用的优点，还要具有观赏价值，满足市场需求。通过优化建筑结构设计，可以有效提高建筑物的美观程度，值得广泛应用在房屋结构设计中。

[1]刘清华.建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的应用[J].城市建设理论研究（电子版），2014（6）.

[2]景毅.建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的运用分析[J].科技资讯，2014（27）：36.

[3]王也.建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的应用[J].中华民居，2013（9）：81～82.

[4]王小引.建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的应用研究[J].江西建材，2015（5）：24.

[5]王胜飞，王永标.房屋结构设计中建筑结构设计优化方法的应用[J].建筑工程技术与设计，2014（33）：142.

TU318

A

1673-0038（2015）20-0003-02

2015-4-2

李颖芬（1987-），女，助理工程师，本科，主要从事建筑结构设计工作。