结构设计结构设计优化设计技术和其在房屋结构设计中运用

【摘要】随着我国社会主义市场经济的不断发展，人们对于不同商品的需求量日益增加，市场经常会出现供不应求的的局面。具体到建筑业中，体现在建筑耗费的成本越来越高。只有不断降低建筑在结构设计中成本，才能获得更大的利益。从这一角度出发，优化结构设计，是降低结构成本的最直接有效的方法。优化结构设计，就要开发和应用新的优化设计技术。本文分析了结构设计优化设计技术的方法，具体到其在房屋建设中的应用，来阐述优化结构设计技术的重要意义。
【关键词】结构设计优化设计技术；房屋结构设计；应用
0.前言
随着市场经济的不断发展，建筑业之间的竞争十分激烈，土地的争夺必然导致了土地飞速上涨的结果。土地越来越高，无疑增加了地产开发商的开发成本。在加上人们对物质享受质量标准的日益提高，对自己居住的房屋的质量和装饰的要求也越来越高。这给与建筑相关的各种产品的质量提出了一个新的标准。开发商们必须找到新的方式来制建造质量的建筑产品，满足人们的不断增长的高要求。降低建筑工程的成本是最直接、最有小的方法和出路。在结构设计中优化设计技术，才能合理地利用和配置建筑资源，提高资源利用率和建筑效率，降低成本的必要手段。不但能够给商家带来更多的经济利润，还能满足人们的居住需求。
成本预算是房屋建造的初始工作，结构的成本占据了建筑总成本的很大一部分。要减少这一部分的开支，就必须对结构设计的技术和方法进行优化与改造。降低建筑工程成本的预算，使建筑资源达到最优化的配置和利用。就需要我们不断研究和改进优化建筑结构设计的方法。

1.结构设计优化方法

赏心悦目的建筑是建筑的美观与结构设计相互协调密切配合的结果。建筑结构设计追求适用、安全、经济、美观和便于施工五种效果，而建筑设计优化设计技术方法的应用不但满足了建筑美观、造型优美的要求又能使房屋结构安全、经济、合理，成为实际意义上的"经济适用"房。从建筑上分析结构设计优化方法，它主要体现在房屋工程分部结构的优化设计和房屋工程结构总体的优化设计量方面。
房屋工程分部结

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构优化设计包括：基础结构方案的优化设计、屋盖系统方案的优化设计、围护结构方案的优化设计和结构细部设计的优化设计。对以上几个方面的优化设计还包括选型、布置、受力分析、造价分析等内容，在工程建设的实际操作中，要做到具体问题具体出发，根据房屋本身的特点和该工程自身的状况，从整体的最大利益出发，制定最优的结构设计方案。对房屋结构的设计工作，不仅要满足最优的设计目标，而且要使整个房屋平面的布局十分规则，减少刚度和质量中心之间的差别，这样做的目的是减少水平荷载对房屋的控制和改变。同时，为了不出现房屋的应力集合在一起的情况，在房屋机构设计工作中，应该尽量避免在房屋纵向空间使用转换层。

1.1结构优化设计模型

结构设计优化就是在各种影响变量中选择主要参数，并建立函数模型，运用科学合理的方法得出最优解。结构总体的优化建立模型的大致步骤如下：首先是设计变量的合理选择。通常的设计变量选择对设计要求影响较大的参数，将所涉及的参数按照各自的重要性区分，将对变化影响不大的参数定为预定参数，通过这种方法可减少很多计算编程的工作量。其次是目标函数的确定。使用函数找出满足既定条件的最优解。最后，是约束条件的确定。设计中，要保证各约束条件必须符合现行规范的要求。

1.2结构优化计算方案

在结构设计优化设计中，有很多的变化因素和限制因素，因此，它的计算方法也是比较特殊。在计算的时候，我们常常把它的限制因素转化成无限制因素。最普遍被应用的方法就是乘子法、符合型法、Powell等。这些优化设计十分方便而且运算过程科学精准，只需要在电脑里对这些运算方法进行编程，便可以得到科学的最优结论。

2.房屋结构设计优化技术在结构设计中的应用

2.1概念设计优化技术和建筑结构设计

在现代建筑设计中，概念设计是设计思想展示的关键因素，作为设计人员，最重要的事情就是在一个特定的空间内，利用整体的概念来进行总体设计方案的确定，将建筑中，构件和结构、结构和结构之间的关系进行处理，要想将概念设计较好的完成，设计人员必须建立在丰富的建筑经验基础上，随着经验的增长，设计作品也会变得越来越新颖、完美。在相同的设计方案中，建筑中的结构组成设计也存在很多种变化，即使是内部结构设计已经确定的建筑，它的各种分析方法也存在许多的不同。而上述这些问题，并不能通过计算机来完成，需要相关工作人员自己对其进行判断和处理。这些判断和处理都需要在遵循一般规律的前提下，根据已有的工程经验，得到最终的结果，这一过程也就是前面所说的概念设计。

2.2概念设计处理的实际建筑设计问题

勘察设计是工程的灵魂，质量的龙头。只有具备优秀的设计，才能创建优质的工程。一个优秀的结构工程师会在每一项工程设计的开始，即在建筑设计的方案阶段，根据经验和专业设计理论，在脑海中进行一个“优化”过程，运用概念设计方法，可以迅速、有效地对结构体系进行构思、比较与选择，同时帮助建筑师开拓或实现建筑物业所想要的空间形式及其使用、构造与形象功能，并以此为目标，与建筑师一起确定建筑的总体结构体系，并能明确总体结构体系分体结构体系的最优受力方案所得方案往往概念清晰、定性正确，避免了后期设计阶段一些不必要的烦琐运算，具有较好的经济可靠性能。

3.结构设计优化的现实意义

3.1结构优化设计降低总造价

进行结构优化设计中，多层住宅和高层住宅相比较，层数越多，总建筑面积增大，单位建筑面积占用的土地面积就越小，节约了用地成本。但建筑层数的增多，建筑总高度也会加大，楼与楼之间的间距也要加大，这时占用的土地节约量就不与建筑层数增加比例相同了。对于基础部分而言，虽然也是各层共用的，但是层数增加，传给基础的荷载将会增大，我们需要增大基础，这样单位面积的造价有所降低，但是却没有屋盖的效果那样明显。

3.2进行结构设计优化提高建筑结构的经济性

与传统的结构设计相比，采用结构设计优化方法可以使建筑工程造价降低6%-34%。优化方法的技术性实现，可以最合理的利用材料性能，使建筑结构内部各单元得到最好的协调，不仅可以实现建筑美观、实用，而且在造价方面也有较大的节省，达到了建筑工程设计对适用、安全、经济、美观和便于施工的一般要求，符合现今建筑商对于建筑结构的效益的需求，也符合市场可持续发展的需求。

4.结束语

在社会主义市场经济日益发展的今天，建筑行业的发展如火如荼，竞争相当激励。人们对住房质量的要求不断提高，使得房屋结构设计优化，成了建筑商互相竞争的有力武器。它既是一项繁琐复杂的工程，又对房屋的经济性、适用性和安全性起到至关重要的作用。房屋建筑工程中，房屋结构工程占据总成本中很大一部分，先进的、高质量的结构设计不但能都保证房屋的安全性能和适用性，而且可以在节约成本方面做出很大贡献。因此，优化结构设计技术能够节省房屋结构设计成本，使建筑商获得最大的经济效益，对房屋建筑有着重要的意义。　[科]