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摘要：进入21世纪，随着市场经济不断发展愈发激烈，为了确保企业能够在激烈的竞争中占有一席之地，就需要不断增强自身的竞争力，从施工技术、施工管理等方面着手，不断的进行的革新。只有在满足人们需求的前提下，还能建造出美观安全的建筑，这样才能在市场竞争中立于不败之地。建筑项目投资资金当中，有相当一部分都在建筑结构方面，为了压缩这部分投资，就需要不断践行结构设计的优化。在保证质量的前提下，对房建设计进行具体规划，合理安排施工项目，从源头上增加企业的经济效益。本文重点分析了建筑结构的优化设计方法在房屋结构的设计中的运用基本思路和具体步骤。
关键词：建筑结构设计；房屋建筑；优化方法；思路；步骤
1、房屋建筑结构优化方法的重要性
如今，随着城市化进程的不断加快，城市建筑土地资源越来越紧缺，因此高层或超高层住房将成为城市住宅的发展方向，相较于传统的建筑模式，高层建筑等新型建筑的建设具有更大的难度，这就要求相关的施工建设人员应该重视房屋结构优化问题，在减少资金投入的同时，进行细致的建筑设计方案规划，运用新技术和新理念，建设出既安全又经济的建筑。根据相关数据可以看出合理的房屋结构设计可以减少建设资金投入，与没有进行设计优化的建筑相比采用优化法进行优化后的建筑能够节省10%～20%的建设费用。不过，在实际的施工建设过程中，优化设计的实施往往不是一帆风顺的，可能因为多方面的限制而难以进行。首先，很多施工单位都会因为赶工程进度，而不顾施工质量，对于房屋设计的缺陷不予及时的优化处理，而对最后的建筑质量造成影响。其次，还有一些施工建设人员自身经验不足、专业素质不高，无法进行建筑设计优化。最后，还因为一些施工建设人员和设计人员只注重建筑的部分建设，而忽视建筑的整体设计，不能准确的制定工程预案，影响建筑整体的造价。对建筑的结构进行设计优化能够合理的规划建筑设计，减少工程资金投入，房屋结构各个方面整合起来，保证建筑质量，为人们提供经济安全的住房。
2、基本的优化思路
v房屋建筑的结构设计，涉及的因素很多，需要考虑问题很杂，需要科技技术也很高，主要专业结构设计人员进行实际的结构设计。设计过程要统筹考虑建筑的各个性能指标，例如，建筑的整体美观因素，成本控制因素等，统筹考虑之前要就整个这些需要考虑的因素进一步指标化、量化，以便后期的数学模型的建立、计算机应用程序的编制。在充分考虑到各种优化要素的条件下，结构设计人员需要进一步设计出相应的多种方案，从中选择其一，成为房屋建筑结构设计的整体目标函数，将一些起到辅助作用的因素量化模型作为约束条件，这个的优化设计的整体方案不可能只有一个或几个数学表达式，也不可能是一个简单的求极值的问题，因为房屋结构的优化设计方案相对比较复杂，一般都需要进一步编写相应的计算机应用程序，加以优化，得出最终的优化结构。
房屋建筑的功能是优化方案的主要目标函数，主要是指该建筑对人们居住、工作的满足度，基本的功能有对外界温度抵抗能力等。房屋建筑的美学性能，主要就是指建筑建成后的整体效果是否美观大方，各个结构之间是否统一协调，对人的审美感有一定的要求。最终的目标函数是以数学表达式的形式出现，这种数学建模的过程需要进一步运用到优化设计的各种思想理论，选择一个最贴近人们对房屋建筑居住要求的设计方案。进一步细化来看，这个房屋建筑的优化设计包括有建筑物中各个组成要素的结构优化和房屋建筑整体的结构优化设计。整体的结构优化设计尤为关键，是各个组成要素的总体反映，对整体建筑的功能反映更加全面、多角度。具体来说，整体房屋建筑的优化设计分为屋顶部分的优化设计，外围的优化设计，其他细节的优化设计。进一步细化这三个部分就要涉及到房屋的布局，受力情况，成本核算等子项目的优化。从此可以看出，房屋整体结构的优化设计需要统筹的问题要素很多，除此之外，还将建设过程中的经济、社会和环境效益进一步考虑进去。
结构设计人员最为重要的任务就是要保证建筑物的结构设计的安全合理科学，稳定性达到一定的标准，同时也要进一步创新房屋建筑结构优化设计的方式方法，进一步综合业主方、建设方、设计方等的利益均衡问题，进一步考虑建设一线人员的想法和意见，找到一个最为合理的结构设置。
3、房屋结构设计中应用建筑结构设计优化方法的要点
通常来讲，建筑结构设计优化方法具有实践性和应用性的特点，在房屋结构设计中建筑结构设计优化方法的应用主要集中在如下一些主要环节。
3.1 前期设计环节建筑结构设计优化方法的应用
房屋设计前期应该注意应用建筑结构设计优化方法，以此来控制房屋的结构，并做到对设计工程造价的优化。在房屋设计前期，方案、规划和计划处于初始阶段，全面应用建筑结构设计优化方法可以显示出房屋结构设计中结构的忽略部分，可以使隐蔽的风险和隐患得以暴露，这有利于优化房屋结构的设计形式，也有利于更高设计方案和计划，取得经济、效率、效益等多方面的效果和收获。
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3.2 房屋细部结构设计环节建筑结构设计优化方法的应用
房屋细部结构决定着房屋整体结构的质量与稳定性，在房屋结构设计时期由于没有具体的实物和真实的数据，很容易在房屋细部结构计算中产生误差，在各种不确定因素的影响下，导致房屋细部结构设计出现重大的偏差，不但容易造成房屋细部结构设计问题，而且也给房屋整体结构带来风险。因此，应该利用建筑结构设计优化方法对房屋细部结构展开全面地控制，使房屋细部结构设计得到不断优化，最终形成最佳的房屋细部结构设计效果，避免细部开裂、错位、断裂等问题的出现，全面提升房屋细部结构设计的安全性、经济性。
3.3 房屋基础结构设计环节建筑结构设计优化方法的应用
房屋基础结构直接关系到房屋结构的整体功能和稳定，因此在基础结构设计环节中要全面应用建筑结构设计优化方法，对地基地质、桩基类型、基础结构等方面的设计进行全面地控制，合理确定桩基工程的形式，把握桩身长度和直径，优化基础结构的方案，确定基础结构、施工技术和资金投入的平衡点，在全面进行建筑结构设计优化的基础上，提升和保证房屋整体结构强度、结构稳定性。
4、具体步骤
结构优化设计方法有着一定的程序和步骤，下面进一步探讨一下其中的具体步骤：
（一）建筑结构优化设计的数学模型建立。对于建筑物整体的优化结构设计需要分成三个阶段进行。首先，要选择相应合理科学的设计变量，即未知量。在设定未知量的时候，要将影响建筑房屋结构的最为重要的信息设为设计变量。例如目标函数中可能涉及的信息（即结构造价等），还有约束条件可能涉及的信息（即结构稳定性等）对于那些对整体结构没有实质性或直接性影响的要素，可以先将其设置为预定的参数，合理的设计变量的选择可以进一步降低我们后期的编程、计算的任务量。其次，建立相应的目标函数，这是优化设计数学建模最为关键的一步，找到相应条件的截面尺寸钢筋截面和实效率的目标函数，最终使得建筑成本最低。最后，就在优化设计三要素中约束条件的建立。约束条件就是上面提到的各种考虑要素，例如，结构的强度、尺寸、应力、裂缝宽度等方面的约束。约束条件又有确定约束和弹性约束等，将正常的考虑因素设置为确定约束即可。在优化结构设计中，要将相应的约束条件一一列出来，提出相应的满足条件，一旦出现漏列的情况，整个优化设计可能出现致命的问题，得出的最终方案便不是最优了。
（二）计算安排。在确定了优化设计三要素之后，下一步就是针对设计变量怎样计算目标函数的最优值，同时考虑约束条件的约束问题。一般我们的建筑房屋的结构设计属于一种多种约束、非线性的优化设计综合问题，其中设计变量相对比较多，这样的函数求解最优值，需要进一步依靠计算机的辅助完成相应的计算，其中建筑结构的优化设计需要的主要优化思路是将有约束的优化设计转化成无约束的优化设计，这样就更加方面计算机辅助计算的程序编制。常见的设计方法有拉格朗日乘子法、单边形法、复合法等。
（三）程序编制及结论分析。一组无约束的非线性目标函数将成为计算机程序编制的核心思想，有时计算机的程序不是真正对目标函数的描述，而是一种无限趋近的思想，不管是怎样的一种程序模式，目标就是快速准确的得到相应的最优方案。最优方案得出之后，要进一步分析相应的最优值。比较分析相应的可能性，在此过程中，需要进一步回归到实际建筑结构的各种因素上去，将最优的结果还原到实际建筑之中，考察各个约束条件是否满足，有无遗漏的约束条件等，多角度，整体性地考虑这个问题。在结构优化的结果中只是关心成本的控制，没有考虑相应的结构上的要求，这种结果是没有任何意义的，但是优化结果过分考虑结构上的要求，不管成本控制，也是不经济的。只有综合考虑两者之间的协调统一，才能得出最优的设计方案。
5、结构设计优化的现实意义
结构优化设计是择优选择，面对结构设计中的各种“矛盾”，如何得到最优解是设计师要解决的。例如，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，也要考虑符合规范的硬性要求。例如对于基础部分而言，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。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，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。
6、结束语
综上所述，房屋建筑设计优化，可以明显提升建筑物的使用性能、安全性能等，而且能在满足这些的基础之上，提高建筑物的经济和美观性。所以，一个合格房屋的结构设计，一方面可以进一步降低建设成本，有效控制施工作业质量，另一方面可以进一步实现建筑物各种不同功能，提高人们居住的舒适度和安全性等。这种建筑结构方面的优化设计可以将各种可能要素统筹考虑，得出最可行的设计方案，是一种行之有效的房屋结构的设计方法。
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[3].邹俊.建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的现实应用[J].科技传播，2010，21（10）：24-27.
论文作者:宁建中
论文发表刊物:《基层建设》2015年21期供稿
论文发表时间:2016/3/28
标签：结构设计论文; 建筑论文; 结构论文; 房屋论文; 优化设计论文; 方法论文; 细部论文; 《基层建设》2015年21期供稿论文;