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摘要：随着我国经济快速发展，在建筑方面的投入不断增加，同时为了满足人们居住条件及生活环境要求的愿望，建筑工程结构设计的基本要求在于建造的建筑结构应具有一定的功能性、安全性、耐久性。同时还要求具有一定的经济性、美观性和便于后期施工等几个方面的特点。而本文所讲的建筑结构优化设计是在满足以上基本要求下做的更进一步、更为合理地建筑结构设计，使建造的建筑工程不仅能够满足造型美观、结构安全以及经济合理等方面的实际意义，能够为广大民众提供一个良好的生活居住环境。
关键词：建筑结构设计；应用；优化技术
1、建筑结构的优化技术的内容
建筑结构优化设计的内容首先应遵循设计规范以及满足建设方的使用要求为前提，充分考虑建筑设计遇到的实际情况，以实现经济上最合理为目的。我们把这个设计的过程称为优化设计。优化设计侧重于对建筑结构的结构选型、构件的布置方式、以及结构的受力情况进行优化设计分析。从大的方面可以分成两部分：一部分是以结构总体为对象的优化设计；另一部分是以房屋分部结构为对象的优化设计。其中分部结构的优化设计部分又可以细分为围护结构的优化设计、细部结构的优化设计、下部基础部分的优化设计、中间部分主体结构部分的优化设计、上部屋盖结构的优化设计。
2、建筑结构设计中优化技术应用经济性的体现
随着社会经济的发展以及建筑行业的蓬勃发展，土地的利用率必须得到提高才能在一定程度上缓解当下土地资源紧张的现实状况，所以在房屋建筑领域如何实现经济性的同时满足客户的多样需求成为各个建筑企业的关注焦点，而房屋建筑结构设计中应用技术优化使上述问题的解决变得更加有效。例如，人们通常会有这样一种认识，建筑面积的横向增加肯定会增加土地的利用面积，那么建筑面积的纵向增加就会有效解决土地面积增加的状况，所以越来越多的房地产商更加倾向于高层建筑的建设，然而在实际设计与施工的过程中却并非如此，虽然房屋建筑层数的增加会减少对土地的占用面积，但是高层建筑层数的增加必然会对其他楼层的光线产生遮挡，建筑商如果忽视光线问题的解决就会导致楼盘销售不畅I因此光线问题的解决又要依赖于楼层间距的扩大，所以土地的占用面积又会相应增加，所以楼层的增加与土地利用效率的提高并没有直接联系。但是对房屋建筑结构设计进行技术优化却能从根本上有效解决上述问题，因为应用技术的伏：化不仅仅是掩耳盗铃的治标法，它是在平衡楼层层数与土地利用面积的基础上对楼层高度以及占地率进行协调，进而达到在尽量保证光线的前提下实现楼层建筑面积的缩小（如图1所示）。
图1
3、优化技术在建筑结构设计中的步骤
3.1建立结构优化的模型
在我们对房屋结构整体进行必要的优化设计时候，可以分成三步进行建筑结构的设计优化。下面将对每一步骤进行详细的介绍：
3.1.1要对设计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。
3.1.2对目标函数进行确定
在进行结构设计优化的时候，我们还必须寻找一组能够满足相关的预定条件的截面相应的几何尺寸、钢筋的截面积以及相应的失效的概率的函数，使得工程造价最少。
3.1.3对约束条件进行确定
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。
3.2对优化设计的计算方案进行设定
根据可靠度进行的房屋结构的优化设计具有多约束且非线性的优化问题以及复杂的多变量，在进行相应的分析计算中，一般把有约束的优化问题转换成无约束优化问题的求解。常用的优化设计的计算方法有拉氏乘子法、复合形法、Powell法等。
3.3进行程序的相关设计
根据可靠度进行的房屋结构的优化设计的基本模型以及所使用的优化设计的计算方法，可以编写一个具有运算速度快以及功能齐全的综合应用程序。
3.4结果分析
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、优化技术在房屋建筑结构设计中的应用
对于建筑物的结构布置方式而言，存在着多种选择，即便是同一建筑物结构布置方案也有多种结构分析方法。进一步讲，基于不同的建筑物结构分析方法，建筑物设计所选用的设计参数及其建筑材料等等都会不同程度地存在差异性。而随着数字技术特别是计算机技术的迅猛发展，数字化技术对传统模型和平面图纸的取代，利用数字化软件得以快速解决设计结构方案和设计参数影响分析等难题，如赫尔佐格和德梅隆设计的“鸟巢”便是建筑结构技术的突破，由盖里科技公司研发而成的DP软件的鸟巢设计更是数字技术在建筑结构设计方面的创新（如图1所示）。因此，建筑结构设计处理需要大力依靠计算机软件来实现。
图1 基于DP软件的鸟巢设计
另外，设计人员要予以重视概念化设计。不过由于设计人员在设计方式和设计经验的不同，概念设计模式也会有所不同。因此，设计人员对于方案及设计参数的合理选择，实质上就是概念优化设计的技术过程。
5、建筑结构优化技术的应用需注意的事项
（１）建筑结构优化技术的应用需注意到前期的参与。前期方案的确定会直接影响建筑项目的总成本，而目前普遍存在前期方案确定中结构优化设计技术并不参与其中，以致相关设计人员在进行建筑结构设计时往往会不注意建筑结构的合理性和可行性，这样的建筑结构设计结果会对结构设计造成直接的影响，增加了结构设计的困难度，并且增加了建筑结构设计的成本。为此，设计人员应充分的融入结构优化设计方案，使结构优化设计方案初期参与其中，优化选择合理的结构形式和设计方案，可以节约成本。
（２）注重细部优化：①除了注重整体设计的同时，也应加强结构基本构件的精细设计。比如尽量划分矩形板块的现浇板设计，这样既可以使现浇板设计的受力合理，也可以避免拐角裂缝的出现。②随着计算机技术以及结构优化设计理论的结合，在具体的优化设计过程中，优化设计实际上已由一个工程实践问题转化为一个数学问题。因此，工程设计人员应加强自身基于计算机技术的优化设计分析。
6、结语
对于建筑结构设计优化来说，其在建筑结构设计中极为重要，因为合理的选择结构的设计方案不仅能够到达相应的技术要求，还能够减少经济上的消耗。然而，建筑结构设计优化是一个极为复杂且综合性比较强的系统性问题，所以我们必须加大对建筑结构设计优化方法进行深入的研究。本文对建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的应用做出了相应的研究，并对结构设计优化的相关的方法与步骤进行了详细介绍，希望对读者有所帮助。
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[5]张利民.房屋建筑工程中结构设计优化技术分析[J].科技创新导报，2012.
论文作者:汤维照
论文发表刊物:《基层建设》2016年6期
论文发表时间:2016/7/6
标签：结构设计论文; 优化设计论文; 结构论文; 建筑论文; 建筑结构论文; 技术论文; 条件论文; 《基层建设》2016年6期论文;