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摘要：该文简要说明了建筑结构设计优化方法的涵义与特点，阐述了建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中应用的必要性，分析了建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中应用的注意事项，并论述了建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的实际运用。
关键词：建筑；结构设计；优化方法
建筑物的性能指标包括很多。一栋合格的建筑物，应该是外形美观、结构完整、 质量优良的。房屋结构设计质量的好坏，关系到建筑物整体功能的发挥。因此，我们有必要改革建筑结构设计理念，优化建筑结构设计方案，尽最大努力满足居民对房屋的功能需要和审美需要。优质的房屋结构设计方案，应当能够节约建筑成本，并方便施工人员进行具体的施工操作；建筑方案的设计者要充分利用城市中的空间资源和其他资源，提高建筑物的实用性能、 经济性能和质量标准。房屋结构设计中的建筑物结构设计优化技术，包括设计理念的优化、 设计方式的优化以及设计技巧的优化等。
1 建筑结构设计优化的基本理论
房屋能够保证人们日常生活的功能需要、不受风吹日晒的价值是房屋的功能价值，保证人们对于房屋审美上的要求，并且使得房屋和周围环境以及房屋自身是一个协调的作品是美学价值，而房屋结构的功能价值和美学价值等指标是建筑结构设计人员在设计时应该综合考虑的一些指标。一个优秀的建筑结构设计师应该以建筑结构优化设计理念为指导，在综合考虑房屋结构的功能价值和美学价值的前提下，筛选出一套可以使得这些指标达到一个平衡点的最优方案，从而设计出满足建筑结构设计优化要求的建筑。
应用更加先进的设计理念，通过更加科学合理的方式选择设计方案，使得设计出的建筑结构各项指标都能达到最优效果的设计方法，就是建筑结构设计优化。各部分设计优化和整体设计优化都是建筑结构设计优化的重要组成部分。由于建筑物是一个由各部分组合而成的整体，所以要使得设计的建筑物能够成为一个经过建筑结构设计优化后的优秀建筑设计作品，对于建筑结构的整体优化显得最为重要，因为这样可以综合各部分的特性，使得整体设计更加完善。同经济效益、社会效益和环境效益也是结构设计优化中要考虑到的一些方面。
对于建筑结构设计优化的方案设计者应该秉承“没有最好，只有更好”的理念，对于设计优化方案的提出应该在保证房屋结构稳定性不出现问题的情况下，勇于探索创新，以便能突破现有的障碍，提出更加优秀的建筑结构设计优化方案。对于房屋平面结构，应该保证设计合理、质量过关，在受到较大的水平力作用时不会出现失稳的情况。同时，竖直贯通的房屋结构形式可以增加房屋对于竖向荷载的承受能力，保证结构的稳定性。房屋转换结构的设置不仅会造成材料的浪费，使得建造费用增加，不利于经济指标的控制，还会减弱房屋的荷载承载能力，使得横向水平力过于集中，所以在设计时应尽量减少转换结构的设置。渐进式的刚性程度设计可以有效保证房屋的整体抗压性能，是整体结构设计优化中值得提倡的一种方法。
2 建筑结构设计优化的重要性
在房屋结构设计中采用建筑结构设计优化技术，不仅能够实现建筑物的美学价值、 实际使用价值和经济价值等各种价值，还能够节约建筑成本、 保护建筑物施工现场附近的生态环境。因此，恰当地运用这种结构设计技术，可以实现房屋建筑的综合效益。建筑商追求的目标是：在保证房屋长期使用性能的基础之上，最大限度地节省建筑物的设计和施工成本，节约原材料，并缩减建筑投资。只有保证房屋结构稳定、 耐用、 美观，才能满足用户不同层次的需求，也才能给建设单位带来最大的经营利润。与旧式的建筑结构设计方式相比，建筑结构设计优化方案可以使房屋建造的成本降低 30%左右。采用优化的设计技巧，可以合理配置各种资源，充分利用建筑原料，并协调好房屋内部各个独立的单元，使这些独立的部分互相配合，共同发挥作用；采用优化的设计技巧，可以在创新设计方式的同时，确保建筑物的安全性能达到既定标准，保护居民的生命健康和财产安全；采用优化的设计技巧，还可以帮助建筑物结构的设计者认真规划建筑设计方案，选择最科学、 最合理的设计方式，实现建筑结构设计的最终目标。
3 房屋结构设计中的建筑结构设计优化措施
3.1 前期设计环节
房屋结构的前期设计环节是影响房屋经济性设计的重要方面，它会对项目的总投资资金造成影响。当前，在房屋设计方面存在的普遍的问题便是在前期环节并没有将建筑结构优化设计的方法应用其中，在设计前期并没有考虑到结构设计的科学性与合理性，甚至部分情况下，会对房屋结构设计造成负面影响。因此，必须在前期设计环节将建筑结构优化设计方法应用其中，选择较为合理、可行的结构形式，策划合理的设计方案，在设计初始时期保障设计的合理性，为整体设计创造较好的开端。
3.2 设计结构模型。
对于建筑物的结构设计优化，房屋整体设计优化起到了至关重要的作用，对于房屋的整体设计优化我们应按照以下三步进行。
①我们应该对变量进行合理的选择。
通常在对设计变量进行选择时，我们把对建筑结构影响的主要参数作为设计变量。如目标控制的相关参数（损失的期望 C2 和结构的造价C1）和约束控制相关参数（结构的可靠度 PS）等；然而还有一些影响不是太大，其变化范围也不是很大或者由局部性以及结构的相关要求就能够满足相应的设计要求的一些参数，我们可以用预定参数来表示，这样能够使得我们的设计量、 计算量以及编制程序的工作量均大大减小。
②我们应该选择最适合的函数，进行辅助计算。
在设计过程中会有很多可以计算预先设想的房屋横截面尺寸和钢筋尺寸面积的函数，而我们要做的就是对这些函数进行筛选，从而找到最适合的一组函数，这样起到控制成本、减少浪费的目的。
③对于条件进行衡量。
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对于房屋的结构的设计优化来说，必须确保结构的可靠度，来对优化设计相关的约束条件进行相应的确定，设计优化的约束条件主要包括裂缝宽度约束、 结构强度约束、 尺寸约束、 构件单元约束、 应力约束、 结构体系约束、 从可靠指标约束到确定性约束条件以及从正常使用极限状态下的弹性约束到最终极限状态的弹塑性约束等约束条件。在进行结构设计的时候，我们必须对目标约束条件与实际的约束条件进行相应的比较与分析，再确保每个约束条件都必须满足相关要求，以实现最佳的设计。
3.3 决定计算方法。
房屋结构设计是一个复杂的过程，而建筑结构设计优化更是将复杂的数据和条件进行计算并找出最优方案的过程，所以我们在设计计算时应根据工程实际情况，找出可以将问题简化的计算方法，这样不仅可以节省时间更能保证计算结果的准确性。
3.4 选择最优程序。
建筑结构设计优化在经过设计房屋结构模型和决定计算方法之后，就需要设计人员通过充分考虑工程实际情况和综合以上两步的具体情况下，就到了选择具备功能完整、运转正常并且效率有保证的最优程序的步奏，其在结构设计优化过程中发挥着不可小觑的作用。
3.5 分析统计结论。
我们必须对相应的计算结果进行必要的分析比较，然后选择出最佳的设计方案。在这个过程中，我们考虑问题必须全面，并且要对问题进行多角度的考虑。这一步骤在建筑结构设计优化中尤其重要，合理的选择设计方案，不仅能够确保结构的美观、 安全性、 合理性以及实用性，还能够对施工中的资金的投入有着重大的影响。在结构设计优化中只强调经济上的节约，而忽略技术上的相关要求，是不正确的；同样只考虑技术上的要求，而不考虑经济的要求，也是不合理的。我们必须对两者进行合理的配置，才能达到相关要求。
4 在房屋建筑领域，结构设计优化方式的具体应用
4.1 房屋建筑的整体性与局部性优化。
建筑在设计上都具备着相应的层次性和复杂性的特点。从层次性角度讲，包含着建筑的整体设计体系、 结构相关体系、 安装体系等，每一个单独的体系又包含了众多的下属体系。在对房屋进行设计时，设计者要对每一个下属系统地进行相应的优化，冲破关联的横向性，实现叠加型工程；对于复杂性来讲，主要包含选取建筑的材料、 选取建筑的零部件等。因此在进行结构优化时要从整体入手，才能真正实现整体的设计优化。
4.2 建筑寿命优化与阶段性优化。
在工程的使用年限内，对每一阶段都要进行相应的方案优化。房屋的设计者要考察各个阶段的特点，根据实际结果进行优化方式的确定，从而可以对工程的整体寿命进行科学的优化。这样，既保证了建筑质量，又提高了建筑企业的经济效益。
4.3 桩基础的具体优化。
建筑中的桩基础能够分为灌注桩和预制桩。灌注桩在整体施工时的质量较为难控制，而且操作的技巧复杂，时间还较长。因此在沉降符合标准的前提下，要加入预制桩的施工，从而减少相应的工序。而且要注意，在伴随着桩基不断加深，土壤本身对装机的摩擦逐渐增大，务必要选择较长的预制桩。
4.4 对建筑主体上部结构进行的科学性优化。
房屋建筑的上部结构设计应当建立相应的模型并进行系统的优化。整个过程最先一步就应当合理地设置剪力墙，保证剪力墙整体的质量是均匀的，这样能将楼层中平面刚度的中心点重合于楼层整体的结构重心，从而减少地震或者风力等对其的破坏性。在房屋建设时，如果条件允许，要尽可能地对剪力墙进行大开间的构造，加长剪力墙的墙肢长度，这样就能减少墙肢的数量，还能在符合标准的基础上减少混凝土的使用。另外，剪力墙里的暗柱是拿一般性钢材铸造而成，如果采用较大的剪力墙就可以减少相对的钢筋使用数量，减少相应的成本。然而如果建筑的本身不具有相应的条件，而且对于抗震抗压的要求较高，就不得构造过大的剪力墙。
4.5 结构优化与建筑优化保持协调。
对于结构的设计要保证建筑的整体结构与整体平面紧密配合，这样能实现建筑本身的美观与结构的相应合理性的效果。对于建筑系统来讲要保证简洁，墙体与支柱不能有错位的现象，高度要与截面的面积相通。在楼体设计时，自身受力较多的转角区域，要选择高强建材做为承重的材料，从而能够更好地降低自重。对于整体来讲要保证重心、刚心、 质心三者正确交叠，防止扭转的状况出现。
4.6 结构优化与排水系统优化保持协调。
在房屋建筑中排水系统的专用房间里有着很多的机械设备，对于荷载能力、 荷载强度较大。所以要将其设置在地下室，而且保证管道的预留尺寸与预留深度要符合相应标准，对于楼板本身的钻孔位置要加固。另外，要注意水平方向的管线可能会贯穿柱或梁的情况，要尽可能降低这种现象发生的机率。如果管道在建设时穿过了承重墙，就必须对墙体进行加固。在整体上尽可能地保证结构的设置与管道网相协调，预防管道出现绕柱或绕梁的现象。
4.7 结构优化与电气优化保持协调。
电气管线的安装是以导线的形式装在金属管体的外部或者墙体、 楼板的地方。这样安装有可能给预制的结构施工造成相对的困难。所以要注意，如果想要管线穿过梁体，要提前在梁体上预留相应的孔洞，并且要保证梁体的宽度与相应的墙体的宽度相同。如果出现不相同的情况，就必须让墙体的一面与梁体的一面相齐，保证管线不得漏在墙体的表面。在整个房屋的建筑上，电梯部分肯定会有很多的空洞，埋下的建筑构件较多，这样就要求设计者应该单独对电梯部分的建筑进行分析与计算，保证设计的合理性与安全性，确保施工的质量是过关的。
5 总结
总之，将建筑结构优化方法应用于房屋结构设计中，主要是为了达到降低工程总造价、提高建筑结构的经济性的目的。在房屋结构设计中，选择最为合理、科学的建筑材料，在前期设计、概念设计、下部地基基础设计中应用最优设计方法，不仅能够使建筑物实现审美价值与功能性的统一，同时能够从整体上节省房屋工程建造成本，实现良好的经济、社会效益，较好地迎合了当前科学发展观、可持续发展理念的要求。
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论文作者:简学锋
论文发表刊物:《基层建设》2016年9期
论文发表时间:2016/7/29
标签：结构设计论文; 建筑论文; 房屋论文; 结构论文; 建筑物论文; 建筑结构论文; 方法论文; 《基层建设》2016年9期论文;