简论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学

【摘 要】近年来，随着人们生活水平的提升，物价波动日益剧烈，建筑施工成本也日益攀升。在目前的建筑工程项目中，工作人员利用结构优化的方法来进行建筑房屋设计已成为提高施工利润和建筑资源最优化的关键环节，这种优化技术方式的应用为房屋结构设计的顺利进行提供了有力的基础。本文就结构设计优化与设计方法优化要点进行了分析，并提出了其在优化应用中的几点看法。
【关键词】结构设计；建筑设计；房屋结构；优化设计
近年来的社会发展中，伴随着土地市场制度的日益完善和健全，土地也逐渐上涨。与此同时不断上涨的土地给房地产开发商的工作效益和建筑成本控制带来了压力，在目前，人们对于居住条件和居住生活环境要求的提高使得建筑产品的质量问题越来越高，越来越明显，已成为当前社会发展中不可缺少的一部分。在目前的社会发展中，随着各地地产商对于房屋设计和优化设计认识不断深入，对设计方法和设计技术也在不断的创新与完善，通过先进的设计手段和设计理念来提高空间和资源的使用，从而实现资源的进一步发挥与扩大。

一、结构优化设计概述

建筑结构优化设计主要指在工程项目中，在满足相关约束条件的基础上能够完成预定计划和目标的一种工作模式。这种设计工作模式是通过消除建筑安全隐患和给出最优设计方案为主的一种设计模式和设计方法。目前的社会发展中，建筑机构设计优化已成为建筑体系中的一个极为复杂和系统的工程环节，其在工作中对于建筑施工有着极为显著的经济和管理优势。

二、建筑结构优化的主要方法

在目前的建筑工程项目中，机构设计优化的方法与应用结构优化的方法是相互依存和促进的关系。随着近年来房屋工程建设力度的加大，建筑工程施工项目越来越受到人们的关注与重视，尤其是在工程项目中，我们对于建筑工程施工结构方面的优化通常还是从两个方面进行的，其中房屋工程的部分优化模式包括对结构设计方案的优化、房屋屋盖系统方案的优化、维护结构方案的优化以及结构细部优化等等。在目前施工项目中，我们最为常见的优化体系和优化措施主要有以下几种。

1、保障设计工作的美观性

赏心悦目在目前的建筑工程项目中越来越受到人们的关注，这也是建筑结构美观性得以保证的关键环节。在这种建筑工程环节中，建筑设计、建筑结构设计以及建筑作用设计都是一种全面系统优化的结果。在这种结构条件下，结构设计通常都是以追求实用、经济、美观和便于施工为主要目的的结构模式。因此在设计中通常也都是从这几个方面入手去分析与完善的。这种设计模式的主要意义在于以经济方式的发展和前进为基础，从而在工作中实现了房屋结构的系统化、全面化发展模式。

2、模型设计优化

在房屋结构设计优化工作中，通常情况下在设计中要遵循一切从实际出发的设计原则，并且在工程项目中我们需要布置一套系统化的管理模式，从而根据我们目前存在的相关情况和工作

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模式进行系统化的管理与总结，使得工程环节中的设计意图和设计宗旨都能够达到最佳标准和要求。在目前的建筑工程结构设计优化工作中，对于建筑结构设计影响最大的设计模式和变动方式都是以函数确立为主的工作模式，在工作中通常都是运用科学、有序的管理模式和管理技术来进行分析，并且要根据结构的整体性、全面性优化手段来系统深入的进行总结和完善。一般来说，在结构总体设计工作中，其模型建立的主要手段和步骤有以下几个方面：首先，在工作中要制定出合理的变量模式，并且对变量体系进行全面的总结，通过对各种变化量不大的参数进行选择与控制，从而通过这种方法来减少多种计算编程工作量。其次，在工作中要明确有效的确定出参与计算的函数变量，一般来说，在工作中都是以目标函数为主，使得在工程项目中通过各种方法来控制建设工程的施工量。再次，在工作中还需要确定相关的约束条件，尤其是对于建筑结构的应力约束、尺寸约束以及裂缝宽度约束方面，更是要进行系统全面的控制，使得其中的各方面、各环节都能够达到预计标准和工作要求。

3、结构优化计算方案

结构优化设计多个变量、多个约束条件，属于一个非线性的优化问题，设定计算方案时，常将有约束条件转变为无约束条件来计算。常用的方法有拉氏乘子法、符合型法、Powell等。完成计算方案的设定后只需编制相应适用的运算程序即可得到我们的最终优化结果。

三、结构设计优化技术的实践应用

结构设计优化方法应用于实践之中，是目前一个比较广泛的课题，利用结构优化的方法在不改变适用性能的前提下达到降低工程造价的目的。结构设计优化设计应用于项目的整体设计、前期设计，旧房改造，抗震设计等设计的各分部环节，发挥着巨大的效益。在按照结构设计优化的方法及模型进行实践的过程中，要注意下面的几个问题。

1、结构设计优化应注意前期参与

因为前期方案的确定直接影响建筑的总投资，而现在存在的普遍问题就是前期方案阶段结构设计并不进行参与，建筑师进行建筑设计时大多并不考虑结构的合理性以及其它的可行性，但是建筑设计的结果却直接对结构设计造成影响，某些方案可能会增加结构设计的难度，并使得建筑的总投资提高。如果在方案的初期，结构优化设计就能参与进来，那么我们就能针对不同的建筑类别，选择合理的结构形式，合理的设计方案，获得一个良好的开端。

2、概念设计结合细部结构设计优化

概念设计应用于没有具体数值量化的情况，例如地震设防烈度，因为它的不确定性，计算式难免与现实有较大的差异，在进行设计的时候就要采用概念设计的方法，把数值作为辅助和参考的依据。设计过程中需要设计人员灵活的运用结构设计优化的方法，达到最佳的效果。

四、结构设计优化的现实意义

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。另如屋盖部分，一栋楼只有一个屋盖，并不会因为层数的增加而有所改变，它的成本下降会比较明显。

2、进行结构设计优化提高建筑结构经济性

建筑的层高增加，由于墙体面积和柱体积增加，结构的自重会增加，基础和柱的承载力相应增加，水卫和电气的管线会加长；相反降低层高，可节省材料，有利用抗震，同时建筑的总高度减小，两建筑之间的日照距离就会减小，间接的节约了用地。建筑面积相同，建筑使用不同的平面形状时，它的外墙周长也就会不同，这样当选择圆形或是越接近于方形时，外墙周长系数就越小，基础、外墙砌体、内外表面装修都随之减少，同时其受力性能也得到提高，增强了建筑的经济性能。

五、结束语

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。