房屋建筑结构设计中应用优化技术探究

摘要：房屋建筑结构设计不仅要满足最基本的功能性、安全性要求，还要满足经济性、美观性的要求，因此，实现房屋结构的最优化设计才能为人们提供更为舒心的居住环境。本文通过对房屋建筑设计的应用优化技术的内容、步骤、实际应用进行分析和介绍，从而为应用优化技术提供理论上的支持和现实的借鉴意义。

关键词：建筑结构；优化设计；技术应用

改革开放后的几十年内，人们生活水平不断提高，人们对居住条件提出了更高的要求。住房不仅要满足人们安家置产的要求，还要实现经济和美观舒适的最佳结合。同时，建筑面积的减少促使高层建筑的大量涌现。另外，建筑结构的成本在建筑整体成本中占据很大的比例，要实现建筑成本的节约，提高建筑行业的经济效益，就必须在建筑结构的优化上下功夫，利用现代的数学模型，科学地提出切实可行的结构优化设计方案，实现成本的节约和效益的最大化。

1房屋建筑结构设计的应用优化技术的内容

房屋建筑结构设计的应用优化技术是指在对房屋结构进行设计时，能够结合实际情况，遵循设计规范，满足建筑方的使用要求，并实现建筑成本的最小化和经济效益的最大化的设计技术。结构设计的优化技术包括结构总体的优化设计和分部结构的优化设计。分部结构的优化设计又包含了围护结构、细部结构、下部基础结构、中间主体部分结构、上部屋盖结构等的优化设计。该技术的重点在于对结构的选型、构件的布置、结构的受力情况等方面的优化设计。

在设计过程中，影响房屋建筑结构设计的经济性因素主要有：设计层数和用地面积的相互关系；建筑物层数和分部部分的相互关系；结构设计和建筑设备的相互关系；体型设计与经济的相互关系。具体分析如下：

1.1房屋建筑的层数与用地面积

理论上看，建筑物层数增加会减少建筑物的总面积，但在实际的建造中，建筑物层数的增加会使建筑物与其周围建筑物之间的间距增大，就使得建筑物总面积增大，这与理论上的出的结构正好相反。因此，建筑物的层数和建筑物总面积之间无必然联系，在设计建筑物的结构时，合理的规划建筑物的层数是实现房屋建筑经济效益的有力手段，应与充分考虑。

1.2建筑物层数与分部部分

分部部分是建筑物的支撑，需要承受建筑物主体部分的重量，随着建筑物层数的增加，分部部分特别是承重结构构件所承受的重力就会越来越大。为了保证建筑物的安全，设计者就必须充分重视分部部件的质量，这也必然会增加建造的成本。因此，在结构设计时要充分考虑建筑物层数与分部部件的承载力，既要保证建筑安全又要节约成本，实现两者的完美结合。

1.3结构设计与建筑设备

房屋的建造是为了满足人们的生活需求，故房屋的建造就离不开建筑设备如给排水管道和电力设备等的安装，高层建筑需要更多的建筑设备，层数越高，需要的建筑设备越多，所花费的造价成本就越高，在设计中也要实现建筑层数和建筑设备的协调。

1.4体型设计与经济

在相同的建筑面积下，方形或圆形的建筑设计更能增大建筑的空间，减少墙体等建筑设备的安装成本，其内部构件的受力状态更稳定，因此，在设计时，如无特别要求，更易采取方形或圆形的建筑结构。

2房屋建筑结构设计应用优化的步骤

房屋建筑结构的设计不仅要考虑满足建筑方的使用要求，实现功能性和安全性的统一，还要通过合理的设计方案实现质量和经济的统一。设计人员一般通过以下步骤实现结构设计的最优选择：

2.1合理的选择变量

合理的选择变量就是要结合建筑的实际情况，对所涉及的参数进行对比分析，择其重者而选之，选择影响最大最重要的参数作为必要考虑的变量，选择变数最小的参数做诶重要的参考指标，而对其他变量根据实际情况进行取舍，尽量减少参数的选择，简化计算编程的工作量。一般情况下，建筑工程的目标参数如房屋的市场价格和预期产生的损失；建筑工程的约束参数如房屋的架构等，作为重点考虑的参数。

2.2确定目标函数

结合建筑方的需求，以降低造价成本和保证建筑质量为目标，考虑已选择的相关参数，选择所使用的函数，通过一系列的比较，计算出最优解，实现结构设计的目的。

2.3确定约束条件

设计者应当根据具体的设计要求，对施工过程和目标确定两方面所涉及约束性条件进行分析比较，根据建筑规定的要求，合理确定约束条件，实现优化设计的目的。

在实际的施工中，房屋设计的指标不仅包括房屋的尺寸、架构刚性、受力和变形限度、结构的可塑程度和确定程度等，还需要考虑 建筑结构中对钢结构的应用。

2.4确定计算方案

通过前面三个步骤确定了合理的约束条件和所适用的目标函数，然后就需要在保证结构优化的目标下，对已知的约束条件进行转化，具体确定计算方案，分析比较各种情况下的利弊，实现目标的最优化。

3房屋建筑结构设计优化在应用中应当注意的问题

在实际应用，建筑结构优化设计是一个颇具实用性的应用广泛的课题。包括设计人员的选用、前期方案的选取、基础结构的合理设计、细部优化、综合全面分析等。

3.1重视设计人员的选用

在同一个建筑方案的要求下，不同的结构设计模式会产生不同的效果。在考虑设计模式时，对建筑设计所选用的参数、分析方法的选取更多的依赖于设计人员，而非计算使用的软件。越是经验丰富的设计人员，越能充分考虑实际问题的要求，灵活的选用，合理的判断。因此，对设计人员的选用会对设计方案的设计产生十分重要的作用。

3.2正确的选取前期方案

目前，在确定前期方案时很少运用到结构设计优化技术，导致设计人员在进行房屋优化设计时往往忽略结构的合理性，增加结构设计优化的难度，也增加了建筑设计的成本。故应当在建筑方案设计初期融入结构优化设计技术，从而节省设计成本，确定更为合理的设计方案。

3.3合理设计基础结构

基础结构设计是结构设计的基础，对地基结构的设计优化更是重中之重。首先合理选取地基使用的材料，使地基结构满足建筑规范所规定的安全度。其次，根据地质确定最适合的地基类型，不同的地质对地基结构的要求不同。

3.4做好细部优化

3.4.1 做好钢结构的选取和应用

在房屋的建造中，钢结构的使用超越于传统结构的使用，在结构设计中占据重要地位。相对于传统的混凝土和砖石结构而言，钢结构具有更好的支撑作用、承受力和更好的力学性能，能够增加建筑物的安全性和可靠性。另外，钢结构的类型多样，建筑手法也更为丰富，更能体现建筑的美感，实现建筑物耐用性和美观性的统一。所以，设计人员在对建筑物结构进行优化设计时，应当充分考虑钢结构的使用。

3.4.2增加防震强度

建筑物不能脱离于其他外部环境而单独存在，故在建筑物的设计中应当充分考虑建筑物的外部因素和特殊环境。地震作为一个特殊的外部因素，其具有无规律性、不确定性、破坏作用极大等特点，应当在设计时充分考虑地震作用对建筑物的影响。为此，在优化设计时可以采用一些有效的抗震设计方案，增强抗震强度。例如，在多道设防理念的指导下，在必要部位设计一些次要构件，以消耗部分地震能量，有效保护主要部件；采取刚度对称的建筑布置方案，遵循建筑物的延性设计理念等。

3.5综合全面分析

建筑物的结构优化设计不仅在于建筑物本身，还应当全面的考虑外部因素和实际需求。首先，应当考虑到建筑的使用目的、艺术形式和经济效益，其次，应当结合建筑物与外部的环境，包括周围的环境，市政规划的要求等因素。另外，建筑物的材料结构选取、光热等条件、建筑物平面和空间的组合等都应当考虑在内。

4房屋建筑结构优化设计在实践中的运用

邯郸市某住宅区高层建筑共有八栋楼组成，其中1号、2号两栋楼均为18层，结构总高度为55m，另外3～8号楼为30层，结构总高度为90m，地下均为1层，地下室埋深为4m，总建筑用地面积为100168平方米，总建筑面积166836平方米。主要功能为地上商住楼，地下设备用房及停车库，战时用作六级人防掩蔽体。建筑结构安全等级为二级，抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速为0.1g，地震分组为2组，属Ⅱ类场地。场地的地层按照岩土性质分类，共有13个工程地质层。主体均采用剪力墙结构。综合勘测所得的数据和建筑物的周围环境，在分析了市政规划的要求、场地的条件、光热的条件、建筑物主体部分的重量、内部构件的受力状态、周围居民的反应，在降低造价成本和保证建筑质量的目标要求下，设计人员根据建筑项目所涉及的参数，制定出符合建筑要求和经济目的的结构设计优化方案。

5结语

结构设计优化技术不仅是决定建筑质量的关键因素，还是实现安全性、美观性、经济性和实用性相结合的有效途径。建筑工程项目中，结构的优化设计最能实现降低工程造价的目的。因此，在结构设计的过程中，设计人员遵守“经济、适用、合理”的原则，充分考虑建筑中涉及的约束条件，合理设计基础结构，把握关键部位及次要构件，综合考虑外部因素和建筑目的，采用现代科技手段，选择合理的结构设计方案，实现结构优化设计，达到建筑工程经济效益最大化的目的。

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