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摘要：结构设计优化方法和技术的应用具体体现在房屋工程结构总体的优化设计和房屋工程分部结构的优化设计两方面。本文从结构设计优化技术的特点开始，分析了结构设计优化技术在房屋结构设计中应用的优势和应用要点，有一定参考价值。
关键词：结构设计；建筑结构；优化技术；应用
引言
在建筑结构设计的过程中，在满足建筑师设计意图的基础上，结构平面布置应尽量规则，对称，尽量缩小质量中心和刚度中心的差异；使建筑物在水平荷载作用下不致产生太大的扭转效应。利用结构设计优化的技术方法可以满足建筑本身品质要求不断提高的目的，能够满足人们对于居住条件及生活环境的要求不断提高的需求，同时，这也与建筑商不断寻求新的手段来满足顾客的需求的愿望是一致的，同时达到降低建筑工程造价成本的目标。
1、结构设计优化技术的作用
1．1提升建筑的安全性
通过对房屋建筑结构的优化设计，可以对原有设计方案中的不足和缺陷进行弥补，从而提升建筑结构的合理性和安全性，在保证建筑整体质量的基础上，提升建筑结构的稳定性和结构构件相应的受力性能，使得结构构件的性能尽可能地发挥出来。
1．2减低工程造价
相关数据显示，运用结构优化设计后，与原设计方案相比，建筑工程的成本可以节约10%－20%左右，成本大大降低。同时，通过结构优化设计，还可以充分发挥原材料的性能，确保建筑结构各个单元之间的紧密联系，提升建筑工程的经济性。
2、结构设计优化技术的方法
之前也提到，建筑结构设计所追求的最终效果，是实现结构的安全性、经济性、美观性、实用性以及施工的便利性。在房屋建筑中应用结构设计优化技术，主要体现在建筑结构总体的优化设计以及建筑的分部结构优化设计。在房屋结构设计中的结构优化设计，主要包括基础、楼盖系统、围护结构、结构细部构造等多个方面，需要从结构受力情况、整体布局、建筑造型以及成本造价等方面进行综合分析。结构设计优化技术需要从房屋建筑的实际情况出发，以确保优化设计作用的充分发挥。
2．1建立相应的结构优化模型
结构优化设计的实质，是利用相应的数学知识，对建筑结构中的各种参数进行整理和分析，然后依据结构整体，构建相应的数学模型，寻求最优设计的过程实际上就是对最优解的求解过程。因此，在对房屋结构进行优化设计时，需要建立相应的优化模型。首先，对设计变量进行合理选择，设计变量对于房屋结构设计的影响是十分巨大的，设计人员需要按照变量的重要性，对其设计的参数进行分类，将影响较小的变量作为预定参数，从而简化计算流程。其次，要对目标函数进行确定。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆在这里的目标函数，就是满足建筑实际需求的最优解。然后，明确约束条件。对于房屋结构优化设计而言，其约束条件主要包括强度约束、尺寸约束、应力约束、弹塑性约束时，同时按照现行的设计规范，对优化设计的约束条件进行明确。
2．2确定结构设计优化方案
对于房屋建筑而言，结构设计的优化方案，主要是指结构的布局以及细部的优化。结构布局的合理性直接影响着房屋结构的造价，因此要求其结构尽量简单，传力直接，避免多次传力的情况。而细部优化是一个较为广泛的概念，包含的内容相对较多，根据其对于房屋结构的影响程度分析，最为关键的部分，是对结构构件截面的合理选择。例如，竖向构件应该在满足建筑立面造型、不影响建筑室内功能的前提下选择适当的轴压比，轴压比过大或过小都会影响结构造价。梁的截面设置同样如此，如果截面过大，会影响建筑内部的有效空间，而截面过小，则会导致配筋相对较大，影响造价。
3、结构设计优化技术在建筑结构设计中的应用
概念设计优化技术与建筑结构设计对于同一建筑方案，可以有许多不同的结构布置方式；即使在同种荷载情况下也存在不同的分析方法；分析过程中设计参数、材料、荷载的取值也不是惟一的：建筑物细部的处理更是不尽相同，这些问题是计算机无法完全解决的，都需要设计人员自己做出判断。
各种功能结构的优化设计内容：结构抗震的经济化设计，主要针对高层的房屋建筑，高层建筑的水平荷载比较大，在抗震结构设计中，抗侧力是重点内容。尤其是在建筑物高度增加之后，抗侧力结构的造价也会随之增加。因此，抗侧力的结构必须进行合理选用，以便形成造价优势。上文已经对常见结构形式进行了一定阐述，虽然每种结构形式都具备一定的抗震性能，但所达成的经济效果确是各不相同的，因此设计人员对房屋结构的设计要充分了解各种结构模式的抗震性能和经济指标，把握好房屋的体型、结构的体系以及刚度的分布等，针对抗震的薄弱环节通过抗震构造措施进行改善，将抗震结构设计的成本降到最低。
概念设计处理的实际建筑设计问题：概念设计所要处理的问题多种多样。但可以肯定的是希望通过优化设计，建筑结构能在各种不期而遇的外部作用下不受破坏，或将破坏程度降至最低。因此，结构设计过程中就应该未雨绸缪，从计算及构造等各个方面都要采取一些有助于提高结构安全性的措施，不利于抗震的做法则应尽量避免。结构刚度均匀对称是减小地震在结构中产生不利影响的重要手段；延性设计则能有效地防止结构在地震作用下发生脆性破坏；多道设防思想能使建筑在特大地震作用下次要的构件先破坏，消耗一部分地震能量。这些抗震设防思想在整个设计过程中都应该作为概念设计的重要指导思想。建筑是凝固的艺术，建筑师总是希望通过建筑物表达自己的设计意图，力求艺术性和实用性的完美结合。结构设计师在保证安全性及满足设计规范要求的前提下，应当采用相应的结构形式，使建筑师的意图得以实现。在建筑结构设计的过程中，在基本满足建筑师设计意图的基础上，结构平面布置应尽量规则对称，尽量缩小质量中心和刚度中心的差异；使建筑物在水平荷载作用下不致产生太大的扭转效应。
4、结构设计优化技术在应用中的几个问题
结构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进行实践的过程中，要注意下面的几个问题。
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。
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，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。与宏观把握相对应的，设计的过程同时要注意对于细部的结构设计优化，比如现浇板中的异形板拐角处易出现裂缝，可划分为矩形板。注意钢筋的选择，I级钢和冷轧带肋钢市场价格差不多，但是他们的极限抗拉力却相差很大，所以在塑性满足要求的情况下，现浇板的受力钢筋就可选择冷轧带肋钢筋。在做立面设计的时候，小的悬挑可以采用悬挑板，悬挑板板厚及配筋，满足受力计算及相关规范要求即可，达到既安全又经济的目的。
地基基础结构设计：地基基础的结构设计优化首先要选择合适的方案，如果为桩基础，那么要根据现场地质条件选择桩基类型，尽量节省造价。桩端持力层对灌注桩桩长的选择影响很大，应多进行比较以确定最合适的方案。
5、结语
建筑结构的造价在建筑工程中占有较大的比例，结构设计优化技术的应用可以产生可观的经济效益。建筑设计部门和设计人员应严格遵守“经济、适用、合理”的设计原则，精心设计，应用现代化科技手段，选择合理的建筑结构设计方案，实现降低建筑工程造价并取得最大经济效益的目的。通过使用优化设计手段，达到这几个方面的最佳结合，符合现今建筑商对于建筑结构的效益的需求，也符合市场可持续发展的需求。
参考文献：
[1]孙有果．结构设计优化技术在房屋结构设计中的具体应用探讨［J］．科技致富向导，2011，（08）：22．
[2]佟月强，郝明．试论结构设计优化技术及在房屋结构设计中的应用［J］．科技与企业，2012，（04）：05．
[3]饶远文．结构设计优化技术及其在房屋结构设计中的应用［J］．价值工程，2010，（03）：33．
论文作者:危宝财
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; 结构论文; 建筑论文; 优化设计论文; 建筑结构论文; 技术论文; 房屋论文; 《基层建设》2016年6期论文;