房屋建筑结构设计中优化技术应用探讨

尹茂坦

摘  要：随着社会经济的不断发展，在开展房屋结构设计工作的过程中，设计单位不但要对建筑的实用性及安全性进行考虑，同时也要全面提升建筑的美观性和经济性。所以在对房屋建筑进行设计的过程中，设计人员需对建筑的安全、实用、美观、经济进行保证，同时还要对施工的便利性进行考虑。因此，对于建筑结构设计单位需要进行优化设计，只有这样，建筑的各项功能才能得到统一，进而可以促进我国建筑事业的稳定发展。基于此，本文围绕建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的应用进行了分析和探讨。

关键词：房屋建筑;结构设计;优化

引言

随着社会经济的迅速发展，如今，人们的经济条件、生活质量与生活水平得到了明显的提高，从而对生活环境也提出了更高的要求。基于时代进步及社会发展要求，如今房屋建筑结构设计中，往往会在确保质量、安全的基础上，开展结构优化设计，以实现成本降低、节能减排及建筑物使用功能的提高。

一、房屋建筑结构设计优化技术的内涵

在应用优化技术之前需要对房屋建筑结构设计中的优化内容进行了解，其中最为重要的就是结构设计安全与房屋的实际使用年限，在保证房屋建筑质量的前提下，要求其具备经济合理性，进而将经济合理性设计充分体现在结构设计的优化方面，目前结构设计优化内容主要包含以下两点：（1）对整体的结构和布局有一定的了解，在此基础上进行科学的优化分析与应用。（2）将房屋结构设计的相关细节作为单独的研究对象进行设计改造，并且在实施优化技术期间可以将房屋结构进行更细致的划分，最后实施逐步优化分析设计。

二、房屋建筑结构设计中应用优化设计需考虑的问题

（1）在房屋建筑结构优化设计中，需要保证其具有良好的设计结果，并且需要将建筑的功能性体现出来，同时保证其安全性与美观性需要满足实际建设需求，进而符合人们心中的设计标准，以满足人们对建筑的整体要求。因此在应用优化设计期间，需要对整体的房屋建筑结构进行全面分析，并且结合一些优化技术对结构中每一个项目加以改进与优化，然后需要对整个结构进行细节划分，最后结合实际情况对整体结构和细节结构的优化分析，保证建筑结构中每一个单位都得到最大的优化与改进。

（2）在基础房屋结构设计中，很多工程师并没有充分认知施工现场的地质条件，只是结合施工单位所给出的各种文件和自己的设计经验所给出的设计方案，不仅不具备科学性与合理性，同时基于每个工程项目的不同之处，这些做法具备一定的片面性，没有整体的依据可寻。另外对一些建筑地基处理时，尤其是软弱地基中，很多工程师也都是在结合自身的经验来进行施工设计，同时也会选择一些成本较低的方法来进行施工，并没有将地基的承载能力进行充分考虑，进而导致房屋结构容易出现坍塌的问题，为人们的生命安全造成极大的影响，进而影响着整体施工的质量。

三、结构设计优化在房屋建筑结构设计中应用的步骤

3.1建立结构优化模型

要实现对房屋建筑结构设计的有效优化，首先就必须建立科学合理的结构优化模型。结构设计优化需要从大量变量中选择出最为重要的参数，通过这些参数建立函数模型，从而计算出最优解。一般来说，模型的构建主要可分成两大环节：首先，应选择最为合理的设计变量，这是构建模型的基础和关键，变量的设计将对参数的选择产生直接影响，科学合理地对变量进行计算可大大降低后期计算编程的工作量。其次，应对目标函数进行确定。相关人员应先找出符合函数条件的最优解，然后再确定约束条件，约束条件具体主要涉及到弹塑性、强度和尺寸等方面。在对建筑整体结构进行优化的时候，必须确保上述约束条件都处在规定范围内，尽可能满足设计的相关需求。

3.2对计算方案进行优化设计

在建筑结构优化过程中，各方面的约束条件以及变量参数都会直接影响到优化过程。因此，在开展相关计算工作的时候，必须将所有的约束条件转化成非约束条件，保证整个优化过程的顺利完成。与此同时，还要综合考虑变量的因素，采用科学有效的计算方式对建筑结构设计加以优化。

3.3程序设计

在完成计算方案优化设计的基础上，还要做好程序设计工作，首先需要对程序进行合理编写，然后再将其导入到计算机之中，为后期计算工作的开展奠定基础，在进行相关计算的时候，工作人员只需要将所需数据输入到系统之中，就可通过设定好的程序计算出准确而直观的结果。

3.4结果分析

建筑结构优化设计的最后一环就是结果分析，所有计算机计算出的数据信息都需要经过详细的分析才能得出最终的结果，进而以此为依据确定最佳的优化设计方案。在开展结构优化设计工作的过程中，应对各方面的阻碍因素进行综合考虑，最大限度确保结构设计优化工作的顺利完成。对建筑工程而言，整个施工过程往往需要花费较多的人力、物力以及财力，结构优化的主要目的就是把上述指标控制在最低，并为建筑质量的可靠性提供保障。因此，在对建筑结构进行优化设计的时候，必须注意以下问题：第一，应找准建筑经济与技术之间的平衡点，尽可能降低或消除二者之间的矛盾，即使引入了一些现代化技术，也无需付出过多的成本。第二，应认识到技术所能带来的经济效益，明确技术的优化可在一定程度上降低经济成本，因此，必须加强对先进技术的应用。

四、结構设计优化在房屋建筑结构设计中的具体应用

4.1整体优化和局部优化

建筑结构设计表现出明显的层次性和复杂性。首先，从层次性上来看，其主要涉及到建筑设计体系、结构体系和安装设计体系等，且上述每个体系之下还包括诸多小的分支体系。设计人员在开展建筑结构设计工作的时候，应当结合工程的具体情况以及各个分支的特点加以优化，循序渐进地解决各环节遇到的困难，进而确保整个工程的顺利完工。其次，站在复杂性的层面来看，其主要涉及到建筑原材料的选择、零部件的选择以及结构类型的确定等内容。所以，不管是哪种类型的房屋建筑，都可从整体和局部出发进行优化，最终实现建筑结构设计水平的最大化提升。

4.2基础优化设计

房屋建筑的基础结构与建筑整体功能的正常发挥及其稳定性有着十分密切的联系，所以，在进行建筑基础结构设计的时候，设计人员必须注重对结构优化设计方法的运用，尽量实现对地基地质、基础结构等重点环节设计工作的全方位把控，在基础结构设计方案中，应处理好建筑基础结构与施工成本、施工技术等的关系，找准三者之间的平衡点。对于框架结构来说，应根据地质勘察报告对基础形式进行合理选择，若施工现场的地基承载力较好，则最好选择浅基础形式;若施工现场的地基承载力较差或者土质状况不佳，首先应考虑地基处理方案是否具备可行性，若可行则选用地基处理方案，若不可行则需采用桩基础。灌注桩和预制桩是两类比较常见的桩基础形式，其中，灌注桩的施工过程比较复杂，整个施工工期也比较长，且很难对施工质量进行有效控制。因此，在沉降满足相关标准的前提下，可采用预制桩施工法，利用深层桩基增大土壤对桩身的摩擦力，并尽可能选用长度较长的预制桩。

4.3分阶段优化

建筑工程項目各个环节的施工都是密切联系的，且每一个环节都有着自身独特的优化设计方法。因此，在实际开展工程建设工作的时候，应坚持分阶段优化设计的原则，首先应对建筑施工建设的阶段进行合理划分，然后将不同阶段的性质作为参考依据，对建筑结构设计加以优化，同时还要注重对整个工程寿命的优化，这样才能使企业的经济效益得到进一步提升。

4.4上部结构的优化

在对房屋建筑的上部结构进行优化的时候，首先应对剪力墙进行科学设置，具体而言，应让剪力墙的质量保持一定的均匀性，确保对称楼层的平面中心与同楼层的结构重心相重合，尽量降低大风、地震等外部因素带来的不良影响。在房屋类型满足标准要求的前提下，应采用大开间的剪力墙构造形式，适当增长剪力墙的墙肢，控制墙肢总数，从而节约混凝土使用量。另外，由于剪力墙的暗柱一般采用的是钢筋，这样一来，就可通过采用大开间剪力墙来降低钢筋的使用量。但是，在遇到建筑施工现场地质条件较差或者地质环境比较复杂的情况时，不能减少钢筋的数量，在这种情况下也就不适用采用大开间剪力墙的构造形式。

4.5排水结构协调优化

现代房屋建筑工程中往往设有给排水专用房，其中涉及到大量的机械设备，如此一来就会加大建筑的负荷量，所以，在设计的时候应尽量将水泵设置在地下室中。需要注意的一点是，由于排水房间中的管道数量非常多，且管道规格尺寸各不相同，因此，必须适当加固楼板上的穿孔位，预留出满足规范要求的孔洞，最好不要让孔洞影响到水平方向管线对建筑梁结构的贯穿。若管道需要贯穿房屋的承重墙，则还要注重加强对墙体的维护，整个排水结构优化设计中，必须处理好结构布设与管网体系的关系，以免发生管道绕梁或柱的问题。

五、结束语

在实际建筑结构设计中应用优化技术，首先需要结合建筑物体的整体结构进行分析与探讨，进而将整个结构分为几个细节部分，再融合现代优化设计技术的优点与缺点，选择合适的优化技术实施方案的选择与实施。另外需要在相关的参数设计中，结合人工与计算机软件融合的内容，灵活运用计算机技术，进而得出最优的结构设计方案。

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