中国建筑科学研究院 北京 100013
摘要：房屋建筑结构的优化设计是要采用优化后的方法对建筑的结构进行全面升级的工作。在资金投入的前提下，要对房屋建筑的质量，环境的情况等进行深入的了解，最终要达到优化房屋结构，节约建筑成本的目的。建筑结构设计的优化技术的应用对于房屋结构的完善具有非常重要的作用。
关键词：建筑结构；设计优化；新方法
1建筑结构设计优化技术概述
建筑结构设计的主要内容是在房屋建筑工程实际施工过程中，有限的利用科学技术，优化建筑结构设计，将空间的利用率不断增加。在建筑结构时候画设计的过程中，必须保证空间布局以及设计之间关系的合理性、科学性、专业性。随着信息技术的不断发展，设计技术的要求不断提升，必须加强对设计技术的创新。就目前情况看，建筑结构设计优化技术，主要是对建筑整体进行优化，在建筑结构设计的过程中优化技术，起到了非常重要的作用。在设计中，建筑结构设计主要是各种建筑设计的依据和基础。为此，建筑结构设计，需要根据建筑工程的实际情况进行，在结构设计的过程中加入优化技术的应用。着重体现经济效益以与质量效益。在具体的建筑结构设计过程中，需要进行长远的考虑，保证建筑方案整体的合理性。这样在现有的结构设计的过程中可以节省30%的费用。在一定程度上，有效地节省了经济成本，避免经济失衡情况的发生。建筑结构优化设计的进行，还可以协调施工过程中各个部门之间的关系，合理的使用施工资源，提升资源的有效利用率，保证建筑工程结构的整体性、安全性、经济性，有效地提升建筑工程的应用价值。
2建筑结构设计优化新方法介绍
2.1拓扑优化方法
拓扑优化方法需要设计人员在对建筑物进行设计优化过程中，找到准确的建筑结构理想化分布形式，并对建筑物结构的刚度等属性进行有效分析，通过拓扑优化方式实现减少建筑物结构重量的目的，进一步提升建筑物的性能。在使用拓扑优化方法时，设计者必须充分认识到拓扑优化方法的优点，通过拓扑优化方法将建筑物结构的设计转变为概念性的结构设计方法，提升建筑物结构设计的逻辑性。
2.2截面优化方法
建筑物结构的细节是最能体现其整体可靠性和安全性能的部分，在处理建筑物截面时，设计人员必须考虑到截面结构的安全性和可靠性，对建筑物的截面进行科学计算，提升其稳定性和美观度。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆对于建筑物截面的优化设计，设计人员可以利用有限元方法来计算设计变量的应力特点和结构位移情况，并通过信息化的设备验算和统计所获得的设计数据，再依据所得的结果判断需要调整的范围，并对该范围内的区域进行优化设计。
2.3外形优化方法
通过外形优化方法，设计人员可以在固有的截面优化方法基础上发对建筑物的结构框架和内部形状进行更进一步的调整、完善，以便提升建筑物的结构设计质量。首先，设计人员需要了解和掌握建筑物的整体情况，以我国现行的建筑物结构设计标准对其进行修正。通过外形优化方法划分建筑物结构的外形特征，在实际工作中，主要采用的是杆系结构和连续性结构。在使用杆系结构外形设计过程中，建筑物结构的节点坐标的选取是关键点，并将选取的节点坐标作为设计的变量，用以满足建筑物外形优化设计的需求。
2.4概念设计与细部结构设计优化相结合
在缺乏详细数据的情况下，我们可以通过概念设计的方法来实现设计的优化。例如，在对建筑物的抗震能力进行设计时，因为地震的强度是不确定因素，我们无法找到与之对应的计算方法，因此，就可以引入概念设计的方法，将数值作为辅助依据。并在设计过程中结合结构设计优化的方法，从而使优化设计达到最佳效果。此外，在设计过程中，设计人员必须对结构的细部进行优化设计，例如，在进行现浇混凝土施工中，异形板料的弯曲部位十分容易开裂，为此，我们可以将其简化为矩形板，再选择钢筋，这样就可以降低凝土开裂的概率，既能满足建筑物结构的基本需求，又能够实现安全和经济的目标。
2.5建筑物下部地基基础结构的优化设计
在对建筑物的下部地基基础结构进行优化设计时，设计人员必须选择最为合适的方案。例如，以实际施工情况为基础选择对应的桩基类型，尽量降低工程造价，再根据桩端持力层的厚度对灌注桩的长度进行科学选择，并对集中优化设计方案进行对比，进一步筛选出最优的设计方案。例如，某建筑物结构的原设计使用的是桩筏基础，相对该结构设计进行优化，将桩筏基础改为桩基础，设置两桩承台、三桩承台、四桩承台和梁式承台。在这部分优化中，考虑的是基础传力的传递路径最短则越省材料，但是前提保证是总沉降值和不均匀沉降值。桩筏基础较桩基础而言增加了一块整体的筏板，将整体受力转变为局部受力，增加了传递的途径，但是也增加了材料的使用，虽然浪费了材料，但对控制不均匀沉降具有一定作用。根据实际情况而言，若要同时满足总沉降、不均匀沉降以及地基承载力的要求，使用天然基础的经济型要比桩基础更高，而且施工更为简便，所需时间也相对较少，费用也较为便宜，不失为一个较好的选择。
3建筑结构设计优化的具体应用
3.1对于房屋建筑的整体和局部加以阶段性优化。房屋建筑的结构特点普遍存在层次性和复杂性。前者囊括的内容包含了整体设计、安装体系、结构体系等等，每个体系中又囊括了众多的下属体系。因此在进行房屋优化设计的过程中，设计师对下属体系的关注程度和解决的方法体现了设计师的功底。优秀的设计师会打破原有的工程体系，体现出建筑结构设计的叠加性等特点。复杂性方面，建筑材料以及零部件的选取在房屋建筑的结构优化中发挥着重要的作用。设计过程中对于材料、零部件的选取要能够体现出优化的思路，同时由于建筑工程的工期限制，设计方案也要根据实际情况进行阶段性调整，以保证整个工程的顺利开展，并且保证房屋建筑的整体寿命得到优化，而且还要保证施工企业的经济效益得到保障。
3.2建筑结构的优化设计首先要针对房屋建筑的上部结构进行模型的建立。通过系统性的优化工作。剪力墙的设置需要考虑整体的质量，尤其是楼层的平面刚度的中心点、重心等，以减少自然因素带来的破坏。房屋建设过程中，根据实际情况注意，适当增加和减少，以达到符合建筑质量的标准的目的。剪力墙的暗柱可以采用钢材打造，这样做的目的是减少钢筋的使用，降低建筑成本。
3.3建筑结构优化中对于排水系统的优化。出于美观和合理性的考虑，对于建筑结构的优化设计，首要的是考虑建筑的整体结构中的平面结构的问题，不仅要简洁，还要保证墙体于支柱之间的错位不能发生。在拐角区，由于受力较多，因此多选用高和强的建筑材料担任承重材料，达到降低自重的目的。整体结构的设计中要考虑的是重心、刚心和质心，尤其是排水系统的设置，可能要对许多机械设备的荷载能力和荷载强度进行考虑，将排水系统的设置放在地下室内，确保管道的预留尺寸和深度相吻合，降低水平方向的管线，将管道穿过承重墙后，采取加固的措施予以稳固，可以从整体上保证结构和管道网的协调性，发生管道绕梁的概率较低。
总之，在房屋结构设计中，为了加强建筑结构的优化设计，设计出美观、实用的房屋结构，应将建筑结构的设计纳入到系统化的研究范畴中。随着我国经济水平的不断提高，建筑结构的优化设计日益重要。要求建筑结构的设计要对建筑的安全、实用、美观、经济都有所帮助。因此，当前的建筑结构优化设计需要不断在优化方式上加大研究力度，力求不断创新出更加实用的建筑结构设计方法。
参考文献
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[2]刘晓峰，程耿东.基于自动分组遗传算法的建筑结构体系与构件尺寸协同优化设计[J].计算力学学报.2014（01）
论文作者:乔彬
论文发表刊物: 《建筑学研究前沿》2017年第10期
论文发表时间:2017/9/29
标签：结构设计论文; 建筑物论文; 结构论文; 建筑论文; 建筑结构论文; 优化设计论文; 过程中论文; 《建筑学研究前沿》2017年第10期论文;